بررسی سطوح تنش شروع ترک و خسارت ترک در رفتار برشی سنگ بکر

با رشد روز افزون حفریات عمیق معدنی و عمرانی، شناخت و تحلیل شکست سنگ بکر اهمیت زیادی یافته است. دو مشخصه مهم تنش در شکست سنگ بکر، تنش شروع ترک و تنش خسارت ترک است که اهمیت بسزایی در شناخت رفتار سنگ هنگام شکست دارد. با وجود انجام مطالعات متعدد آزمایشگاهی در زمینه شکست فشاری سنگ بکر، مطالعات بسیار محدودی در زمینه تحلیل این دو سطح تنش در شکست برشی سنگ بکر انجام شده است. در این مطالعه با استفاده از مدل‌سازی عددی المان مجزا، رفتار سنگ بکر در آزمون برش مستقیم در حالت‌های مختلف شکست ترد، انتقالی و شکل‌پذیر بررسی و نسبت تنش شروع ترک و خسارت ترک به مقاومت برشی اوج تعیین شد. برای این منظور، ابتدا خواص ریزمقیاس مدل عددی تحت شرایط مختلف بارگذاری کششی مستقیم، تک محوره و سه محوره برای نوعی سنگ مصنوعی واسنجی شد. سپس آزمون برش مستقیم بر روی سنگ بکر و تحت شرایط تنش نرمال قائم متفاوت شبیه‌سازی شد. نتایج مدل‌سازی آزمون برش انجام گرفته با نتایج آزمایشگاهی موجود در مطالعات پیشین مورد مقایسه قرار گرفت و مشخص شد که مدل عددی توانایی مناسبی در پیش‌بینی رفتار برشی سنگ بکر را دارد. همچنین مشخص شد که تنش شروع ترک و تنش خسارت ترک به ‌ترتیب در بازه‌های 70 تا 91 و 85 تا 95 درصد مقاومت برشی اوج تحت تنش‌های قائم مختلف رخ می‌دهد. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش تنش نرمال، نسبت تنش شروع ترک و خسارت ترک به مقاومت برشی اوج یک روند کاهشی دارد. از نتایج این تحقیق می‌توان برای تحلیل سازه‌های تحت برش همانند دیواره‌های شیب‌دار و پیچ‌سنگ‌ها استفاده کرد.

investigation of crack initiation and crack damage stresses in intact rock shear failure

due to the significant advancement in the mining and tunneling industry, the depth of underground excavation has been considerably increased. as a consequence of increase in depth, the intact rock strength plays a significant role in rock mass failure. therefore, the study of intact rock failure has become more crucial. crack damage stress and crack initiation stress are the two important characteristics of intact rock failure, which have been studied rarely in the shear failure process. this study aims to investigate the crack damage and crack initiation stresses in the shear failure by numerical modeling of direct shear test (dst) using the discrete element method. first, the micro mechanical properties of the numerical model were calibrated against physical experiments in uniaxial tension, uniaxial compression and triaxial compression tests. then, the numerical models were validated by comparing against physical direct shear tests under different normal stresses. by undertaking the dst under eight different constant normal stresses, these two stress levels have been studied in brittle, brittle ductile transition and ductile failure modes. it was revealed that the crack initiation and crack damage stresses occur in 70 91 and 85 95 percent of the peak shear strength, respectively. also, it was observed that the ratio crack initiation and crack damage stresses to the peak shear strength decrease with an increase in the normal stress. the outcomes would be useful for studying the structures under shear stress like landslides and rock bolts.