شبيه سازي عددي تاثير زاويه داري درزه و فاصله داري درزه از سينه كار بر مكانيزم شكست ناحيه زيرين برندهTBM

Numerical Simulation of the Effect of Joint Angle and Joint Distance from Tbm’s Disc on the Rock Fragmentation

در اين مقاله تاثير زاويه‌داري، فاصله‌داري درزه و چسبندگي سطح درزه بر مكانيزم شكست ناحيه زيرين برنده TBM به وسيله مدلسازي عددي PFCمورد بررسي قرار مي‌گيرد. در ابتدا مدل عددي كاليبره مي‌گردد. به اين ترتيب كه آزمون‌هاي آزمايشگاهي تك محوره و برزيلي روي نمونه‌هاي با ابعاد NX انجام مي‌شود. اين آزمايش‌ها با روش عددي نيز شبيه‌سازي مي‌شود و ميكروپارامترهاي مدل عددي با سعي و خطا به گونه‌اي تعيين مي‌شود كه رفتار مكانيكي نمونه آزمايشگاهي و مدل عددي يكسان گردد. بعد از كاليبراسيون، مدل عددي با ابعاد 10×11 سانتي‌متر حاوي درزه آماده‌سازي شده است. مدل‌ها يك درزه ممتد با زاويه‌داري°0، °15، °30، °45، °60، °75 و °90 دارند كه فاصله اين درزه‌ها از سينه‌كار 1، 5/2 و 4 سانتي‌متر است. سه مقدار متفاوت MPa 0/2، MPa 0/45 و MPa 0/75 براي چسبندگي درزه لحاظ گرديد. يك برنده U شكل به شعاع 1 سانتي‌متر در تماس با سينه‌كار قرار مي‌گيرد و بار محوري را عمود بر سينه‌كار وارد مي‌كند. نتايج نشان مي‌دهد كه آرايش درزه تاثير بسزايي بر الگوي گسترش ترك دارد. در اين مقاله بار اوليه و بار ثانويه شكست معرفي مي‌گردد. بار اوليه شكست باعث ايجاد اولين ترك‌ها در زير برنده مي‌شود و بار ثانويه شكست باعث رشد ترك‌هاي ثانويه در زير ترك‌هاي اوليه مي‌شود. در شروع دندانه‌گذاري مقدار بار اوليه شكست ماكزيمم است. با ادامه بارگذاري مقدار نيرو افت مي‌كند و به مقدار تقريبا ثابت و يا بار ثانويه شكست مي‌رسد. آرايش درزه تاثير مهمي بر بار اوليه و ثانويه شكست دارد. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه خواص برشي درزه تاثير بسزايي بر نيروي ثانويه شكست دارد به گونه‌اي كه با افزايش خواص برشي، نيروي ثانويه شكست افزايش مي‌يابد ولي نيروي اوليه شكست همواره ثابت است.

In this paper, the influences of joint angle and joint spacing on the rock fragmentation have been investigated using Particle Flow Code in two dimensions (PFC2D). Firstly calibration of PFC has been done using proper micro parameters. For this purpose, both of the Uniaxial test and Brazilian test have been done on the NX samples. These tests were simulated by numerical method and then the proper micro parameters have been chosen by try and error. After calibration, 21 models with dimension of 11cm ×10 cm consisting one joint have been prepared. The joint angels were 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, and 90°. The joint distances from cutter were 1cm, 2.5 cm and 4cm. Shear properties of joints have been determined using simulation of direct shear test on the modeled joints. One u shape cutter with diameter of 2 cm was in contact to the model surface. Axial force was applied to the model trough cutter. The results show that both of the joint angle and joint spacing have important effect on the failure pattern and final failure load.