بررسي عددي اثر نسبت ناهمسانگردي، زوايه‌ي لايه‌بندي و طول ترك بر ضريب شدت تنش در سنگ فيليت

بررسي رفتار سنگ تحت تنش يكي از موارد مهم در طراحي سازه‌هاي سنگي است. ناهمسانگردي يكي از شاخصه‌هاي سنگ‌هاي رسوبي و دگرگوني است كه در پايداري سازه‌هاي روباز و زيرزميني تأثيرگذار است. سنگ‌هاي ناهمسانگرد خواص مكانيكي متفاوتي در جهت‌هاي مختلف دارند كه در طراحي سازه‌هاي سنگي بايستي مدنظر قرار گيرد. به جهت اهميت اين موضوع، بررسي‌هاي گسترده‌اي براي شناسايي اثر ناهمسانگردي در رفتار مكانيكي سنگ شده است. روش‌هاي عددي كه قادر به شبيه‌سازي فرايند ترك‌خوردگي در سنگ هستند، مي‌توانند شكست، تمركز و گسترش ريزترك‌ها را در اطراف فضاي زيرزميني پيش‌بيني كنند. بررسي تغييرات ضريب شدت تنش در سنگ‌هاي ناهمسانگرد و زاويه ترك با محور بارگذاري كه در آن كشش و برش خالص و حالت تركيبي رخ مي‌دهد، سؤال اصلي اين تحقيق است. در اين تحقيق از روش المان محدود و نرم‌افزار آباكوس به دليل توانايي آن در شبيه‌سازي سنگ ناهمسانگرد براي بررسي تغييرات ضريب شدت تنش استفاده شد، بدين منظور اثر نسبت ناهمسانگردي بر ضريب شدت تنش نمونه‌هاي ايزوتروپ عرضي در زواياي مختلف لايه‌بندي موردتحقيق قرار گرفت. با در دست داشتن مشخصات مدل‌هاي ديسكي CCNBD متعلق به سنگ فيليت مطابق با استاندارد‌هاي ISRM نمونه‌هايي با نسبت ناهمسانگردي E/E’=1.8) و(E/E’=4  در زواياي مختلف لايه‌بندي (ψ=0-30°-45°-60°-75°-90°) و در زواياي مختلف ترك با امتداد بارگذاري (β) و در طول ترك‌هاي مختلف (12-24-36 ميلي‌متر) با مدل‌سازي عددي موردبررسي قرار گرفت. در همه حالت‌هاي بررسي‌شده در طول ترك‌هاي مختلف و در نسبت ناهمسانگردي‌هاي مختلف براي يك زاويه لايه‌بندي يكسان ضريب شدت تنش مود كشش در مقدار β=0 حداكثر بوده و در β=90° حداقل است و ضريب شدت تنش مود برشي در β=0 و β=90° حداقل و β بين 30 تا 40 درجه حداكثر است. تغيير زاويه ترك نسبت به محور بارگذاري (β) در همه حالت‌هاي طول ترك و نسبت ناهمسانگردي تأثير محسوسي در ضريب شدت تنش مود كشش و برش دارد. درواقع حالت كشش خالص در زواياي مختلف لايه‌بندي لزوماً در زاويه صفر درجه با محور بارگذاري (β=0) رخ نمي‌دهد و اين زاويه كاملاً متأثر از زواياي لايه‌بندي (Ѱ شيستوزيته) است.