مطالعه ی آزمایشگاهی رشد شکاف از پیش موجود در محل اتصال دو ماده با استفاده از روش برهم نگاری تصاویر دیجیتال

محیط‌های سنگی همواره حاوی عیوبی، از قبیل: درزه، ترک و شکاف‌های از پیش موجود هستند. در بسیاری از موارد، ترک‌ها در فصل مشترک دو ماده قرار دارند. مطالعات اندکی در خصوص رفتار ترک در فصل مشترک دو ماده به صورت آزمایشگاهی صورت گرفته است. در مطالعه‌ی حاضر، به صورت آزمایشگاهی به بررسی نمونه‌های شبه‌سنگ حاوی یک شکاف از پیش موجود (در هندسه‌های مختلف)در فصل مشترک دو ماده تحت آزمایش فشاری تک‌محوره پرداخته شده است. برای بررسی دقیق فرایند رشد ترک از جوانه‌زنی تا مرحله‌ی گسیختگی نمونه از روش همبستگی تصاویر دیجیتال استفاده شده است. برای شکاف با زوایای 0 تا 30 درجه، گسیختگی غالباً در اثر رشد ترک کششی، زاویه‌ی 45 تا 75 درجه، گسیختگی غالباً با گسترش ترک برشی در امتداد فصل مشترک و در زاویه‌ی 90 درجه، ترک کششی در مرکز نمونه و در امتداد فصل مشترک ایجاد شده است. نتایج حاصل نشان داد رشد ترک و الگوی گسیختگی به هندسه‌ی شکاف‌های از پیش موجود وابسته است.

Experimental Study of Growth of a Preexisting Interfacial Flaw using the Digital Image Correlation Technique

Rocks normally contain defects such as joints, cracks, and preexisting flaws from small to large scales. The behavior of these defects is highly dependent on their geometrical characteristics and locations in the rock mass. In many cases, these cracks are located at the interface of two materials. Most of the investigations on interfacial cracks have been analytical and there are a few experimental studies available. In this study, crack initiation, growth, and coalescence of a preexisting flaw in a rocklike material are investigated under uniaxial compressive loading. Specimens are made of two types of rocklike materials with different compressive and tensile strength. The flaw is placed at the center of specimens. Flaw width is equally distributed in both materials. To investigate the effect of geometrical parameters of the flaw on crack growth processes, rocklike specimens with different flaw angles were made. To show the repeatability of results, three identical specimens of each geometry were made. Digital image correlation technique was used for a detailed investigation of crack growth processes from initiation to failure. Nikon D7100 camera was used to take pictures of the specimen during loading. Ncorr software was used to analyze the pictures. The results showed that crack growth, coalescence, and failure pattern depended on preexisting flaw geometry. By varying the angle of inclination from zero to 45°, the compressive strength decreased and then, increased with increasing the angle of inclination from 45 to 90°. Specimen with 45° flaw had the least compressive strength because theoretically maximum shear happens at this angle. For flaws with angles of 0 to 30 degrees, failures are caused by the growth of wing cracks. However, from 45 to 75 degrees, failures often occur with the propagation of the shear crack along the interface. At the angle of 90 degrees, a tensile crack is formed at the center of the sample along the interface. The results showed that crack growth and failure pattern depended on preexisting flaw geometry.