بررسی تجربی و عددی رفتار دینامیکی سنگها

دینامیک سنگ به عنوان شاخه ای از علم مکانیک سنگ با رفتار مکانیکی سنگها در نرخهای بارگذاری بالا در ارتباط است. با توجه به اینکه در مهندسی سنگ، مسائل بسیاری از قبیل زمین لرزه، انفجار و نفوذ پرتابه ها در ارتباط با نرخهای بارگذاری بالا می باشند، لذا مطالعه دینامیک سنگ از اهمیت فوق العاده زیادی برخوردار می باشد. اگرچه مطالعه جامع رفتار دینامیکی سنگها مستلزم شناخت دقیق پارامترهای محیطی اطراف سازه می باشد. در تحقیق حاضر، با استفاده از آزمایش میله فشاری هاپکینسون به عنوان شناخته شده ترین و مرسوم ترین ابزار تعیین رفتار دینامیکی مواد در نرخهای کرنش بالا، سعی بر آن شده است تا با انتخاب انواع مناسب سنگ شامل ماسه سنگ و سنگ آهک، تأثیر پارامترهای مختلف از قبیل نرخ بارگذاری، رطوبت و جنس سنگ بر رفتار دینامیکی سنگها در نرخهای بارگذاری بالا مورد بررسی قرار بگیرد. همچنین به منظور تحلیل بهتر مسأله، شبیه سازی عددی توسط نرم افزار ls-dyna نیز انجام شده است. نتایج تجربی نشان داده است که با افزایش نرخ کرنش تا مقدار s^(-1) 150، مقدار مقاومت دینامیکی ماسه سنگ و سنگ آهک به ترتیب به میزان mpa 100 (62/5%) و mpa 105 (87/5%) بیشتر از مقاومت شبه استاتیکی آنها به دست آمده است. همچنین در حالت اشباع نسبت به حالت رطوبت طبیعی، مقاومت دینامیکی ماسه سنگ در نرخ کرنش s^(-1) 150 به میزان mpa 137 (52%) کاهش داشته است درحالیکه مقاومت دینامیکی سنگ آهک در نرخ کرنش s^(-1) 135 به میزان mpa 15 (1%) افزایش داشته است. در نهایت با مقایسه نتایج تجربی با نتایج عددی نتیجه گرفته شده است که ناهمگنی سنگ از یک طرف و اینرسی ناشی از افزایش ناگهانی فشار داخلی سنگ از طرف دیگر، مهمترین عوامل مؤثر بر افزایش مقاومت دینامیکی سنگ در نرخهای کرنش بالا بوده به طوریکه این تأثیر با افزایش نرخ کرنش شدت پیدا می کند.