مدلسازی عددی خزش در سنگ گرانیت با استفاده از روش المان مجزا

در این تحقیق، رفتار خزشی سنگ گرانیت اینادا با استفاده از مدل ذارت پیوسته سه بعدی با اتصالات موازی، به کمک مدل فرسایشی تنش مدلسازی گردید که در قالب روش المان مجزای pfc3d گنجانده شده است. مدل المان مجزا با ذرات پیوسته در سالهای اخیر محبوبیت زیادی برای مدلسازی سنگ های شکننده پیدا کرده است؛ و از بخاطر نوین بودن این روش، تاثیرات کامل ریزپارامترها بر روی پاسخ مدل کاملا مشخص نبوده و همچنین یک روند منسجم برای کالیبراسیون مدل با اتصالات موازی در دست نمی باشد. از طرف دیگر، مدلسازی رفتار خزشی سنگ گرانیت برای بررسی تغییر شکل سازه های ساخته شده در اعماق زمین و همچنین تحقیقات فراتر در زمینه خزش سنگهای شکننده، بعلت محدودیت زمان و امکانات آزمایشگاهی برای مدلسازی خزش از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در ابتدا رفتار کوتاه مدت سنگ گرانیت تحت آزمایشات تک محوره و سه محوره شبیه سازی شد. برای مدلسازی بهتر رفتار سنگ گرانیت از یک هندسه خوشه ای که دانه های با اشکال جدید را بوجود می-آورد استفاده شد. برای کالیبراسیون ریزپارامترهای مدل، از نتایج آزمایشات تک محوری بر روی نمونه-های آزمایشگاهی استفاده شد. سپس با استفاده از نتایج آزمایشات فشاری بر روی مدل و همچنین آزمایشات آزمایشگاهی تک محوره بر روی نمونه سنگ، کالیبراسیون رفتار خزشی انجام شد. نمودارهای خزش و همچنین الگوهای آسیب دیدگی و تشکیل ریزترک ها در مدل عددی بررسی شده و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید. نتایجی که گرفته شد نشان دادند که ریزپارامتر نسبت سختی نرمال به سختی برشی اتصالات و ذرات با مدول الاستیسیته نسبت عکس و با نسبت پواسون بطور مستقیم متناسب می باشد. همچنین یک رابطه از درجه سه برای نسبت انحراف معیار مقاومتی به مقاومت متوسط و نسبت تنش شروع ترک به تنش نهایی بدست آمد. تاثیر ریزپارامتر اندازه خوشه ها بر روی مدل بررسی شده و مشاهده شد که این پارامتر بشدت بر روی نسبت مقاومت کششی به فشاری مدل تاثیر گذار بوده و با آن رابطه مستقیمی دارد. از پارامترهای آزمایش نیز، مشاهده شد که پارامتر نرخ کرنش تاثیر چشمگیری بر روی پاسخ مدل ندارد. بررسی تاثیر ریزپارامتر ضریب اصطکاک نشان داد که این ریز پارامتر در مقادیر کوچکتر از 1، بشدت بر روی پاسخ مدل تاثیرگذار است؛ به نحوی که با مدول الاستیسیته نسبت مستقیم، با ضریب پواسون نسبت عکس، با مقاومت فشاری مدل نسبت عکس داشته و بر روی مقاومت کششی مدل بی تاثیر است. همچنین مقادیر بزرگتر از 1، منجر به تبدیل رفتار نمونه مدل عددی، از یک رفتار شکننده و ترد به سمت رفتار نرم می گردد. آزمایشات تک محوره بر روی مدل، نشانده نتایج خوبی بین مدلسازی عددی و نمونه های آزمایشگاهی است. همچنین، تطابق خوبی در زمینه مدلسازی رفتار خزشی نیز در سنگ مشاهده گردید. در نهایت، نتیجه گرفته شد که روش المان مجزا با مدل فرسایشی تنش برای اتصالات موازی، می تواند بعنوان ابزار بسیار مناسبی برای مدلسازی رفتار وابسته به زمان و بررسی مکانیزم های آسیب دیدگی و ریزترک ها در سنگ ها بکار رفته و الگوهای ترک خوردگی و خزش و زمان گسیختگی را بخوبی پیش بینی نماید.