بررسی اثر فشارمحصورکننده بر روی چقرمگی شکست مود اول و مود دوم ماسه سنگ لوشان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

چکیده

سنگ‌ها مواد طبیعی شکننده می‌باشند که تحت تاثیر عوامل محیطی زیادی از قبیل دما ، فشار محصور کننده، رطوبت و فرسایش قرار دارند. از این بین، تاثیر فشارمحصورکننده بر روی شکست سنگ در بیشتر زمینه‌های علوم مهندسی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله این موارد می‌توان به تعیین مقاومت سازه‌های سنگی برای انباشت ضایعات اتمی در مخازن زیرزمینی، فرآیند شکست هیدرولیکی جهت استخراج نفت و گاز از لایه‌های مختلف زمین و تحلیل پایداری معادن زیرزمینی اشاره کرد. در این مقاله به بررسی تاثیر فشارمحصورکننده بر روی چقرمگی شکست مود I و مود II سنگ، پرداخته شده است. برای بررسی اثر فشارمحصورکننده بر روی چقرمگی شکست مود I و II ،از دیسک برزیلی با ترک چورون استفاده شده است. در این پژوهش، نمونه‌ها تحت فشارمحصورکننده 3 ،5 ،7 و10 مگاپاسکال قرار گرفته‌اند. نمونه‌های مورد مطالعه در این آزمایش ماسه سنگ لوشان هستند. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش فشارمحصورکننده، چقرمگی شکست مود I و II ماسه سنگ به ترتیب به صورت خطی و غیر خطی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Confining Pressure on Mode I and Mode II Fracture Toughness of Lushan Sandstone

نویسندگان [English]

  • Navid Ghanbari
  • Mehdi Hosseini
  • Morteza Saghafiyazdi
Imam Khomeini international university
چکیده [English]

Rock is a brittle naturally material that is subjected to a variety of environment impacts, such as temperature, confining pressure, humidity and water erosion. Moreover, the effect of confining pressure on rock fracture in most engineering fields has been considered. These include the stability analysis of rock to accumulate atomic waste in underground reservoirs, the hydraulic fracture process for extraction of oil and gas from different layers of the earth and analysis of the stability of underground mines. In this paper, Effect of confining pressure on Mode I and Mode II fracture toughness of Lushan sandstone were investigated. To investigate the effect of confining pressure on mode I and II fracture toughness, was used a Cracked Chevron Notched Brazilian Disc. In this study, the specimens were subjected to a confining pressure of 3, 5, 7and 10 MPa. In this experiments, specimens of Lushan sandstone is studied specimens. The results show that, with increasing confining pressure, mode I and II fracture toughness of sandstone increases linearly and nonlinearly respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Confining pressure
  • Sandstone
  • Fracture Toughness
  • Mode I
  • Mode II
[1]F. Erdogan, G. Sih, On the crack extension in plates under plane loading and transverse shear, 1963.
[2]M. Hussain, S. Pu, J. Underwood, Strain energy release rate for a crack under combined mode I and mode II, in:  Fracture analysis: Proceedings of the 1973 national symposium on fracture mechanics, part II, ASTM International, 1974.
[3]G.C. Sih, Strain-energy-density factor applied to mixed mode crack problems, International Journal of fracture, 10(3) (1974) 305-321.
[4]S.-H. Chang, C.-I. Lee, S. Jeon, Measurement of rock fracture toughness under modes I and II and mixed-mode conditions by using disc-type specimens, Engineering geology, 66(1-2) (2002) 79-97.
[5]R. Schmidt, C. Huddle, Effect of confining pressure on fracture toughness of Indiana limestone, in:  International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Elsevier, (1977) 289-293.
[6]A. Abou Sayed, An experimental technique for mneasurig the fracture toughness of rocks under downhole stress condition, 1978.
[7]W. Müller, Brittle crack growth in rocks, pure and applied geophysics, 124(4-5) (1986) 693-709.
[8]N. Al-Shayea, K. Khan, S. Abduljauwad, Effects of confining pressure and temperature on mixed-mode (I–
II) fracture toughness of a limestone rock, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 37(4) (2000) 629-643.
[9]T. Backers, O. Stephansson, E. Rybacki, Rock fracture toughness testing in Mode II—punch-through shear test, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 39(6) (2002) 755-769.
[10]T. Funatsu, M. Seto, H. Shimada, K. Matsui, M. Kuruppu, Combined effects of increasing temperature and confining pressure on the fracture toughness of clay bearing rocks, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41(6) (2004) 927-938.
[11]H. Wu, J. Kemeny, S. Wu, Experimental and numerical investigation of the punch-through shear test for mode II fracture toughness determination in rock, Engineering Fracture Mechanics, 184 (2017) 59-74.
[12]S.H. Chang, C.I. Lee, S. Jeon, Measurement of rock fracture toughness under modes I and II and mixed-mode conditions by using disc-type specimens, Engineering geology, 66(1-2) (2002) 79-97.
[13]M. Aliha, M. Ayatollahi, Rock fracture toughness study using cracked chevron notched Brazilian disc specimen under pure modes I and II loading–A statistical approach, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 69 (2014) 17-25.
[14]R. Fowell, J. Hudson, C. Xu, X. Zhao, Suggested method for determining mode I fracture toughness using cracked chevron notched Brazilian disc (CCNBD) specimens, in:  International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, 1995.
[15]R. Fowell, C. Xu, P. Dowd, An update on the fracture toughness testing methods related to the cracked chevronnotched Brazilian disk (CCNBD) specimen, pure and applied geophysics, 163(5-6) (2006) 1047-1057.
[16]A.W. Hatheway, The complete ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring; 1974– 2006, in, Association of Environmental & Engineering Geologists, 2009.