بررسی آزمایشگاهی تغییرات دانه بندی محیط های ناهمگن بر گسترش ترک

شکست سازه های سنگی و بتنی بر اثر رشد و گسترش ترک های داخلی ، ناشی از تمرکز تنش در نوک آنها، لزوم برسی رفتار شکست این سازه ها را می رساند. تقابل میان چقرمگی سنگ و میزان تمرکز تنش در نوک میکروترک ها، جدال بر سر گسترش یا عدم گسترش ترک می باشد. لذا در این مطالعه اثر ناهمگنی ناشی از اندازه دانه ها به عنوان یکی از عوامل مهم در چقرمگی نمونه ها و تاثیر گذار در مسیر گسترش ترک برسی شده است. برای انجام این کار، شش نوع نمونه با دانبندی های متفاوت اما ترکیب یکسان ساخته شده و تحت آزمایش تعیین چقرمگی قرار گرفته است. جهت بررسی هرچه بهتر مکانیزم شکست نمونه ها، از سیستم انتشار آوایی نیز استفاده شده است. نتایج بیانگر رابطه میان چقرمگی مد برش و کشش با اندازه دانه ها به صورت غیر خطی می باشد. به گونه ای که بیشترین چقرمگی شکست مربوط به نمونه هایی با اندازه دانه های متوسط (2.38_2) میلی متر می باشد وبا افزایش و یا کاهش اندازه دانه ها از این مقدار، چقرمگی نمونه ها در هر دو حالت بارگذاری برش و کشش کاهش می یابد. همچنین با مطالعه مسیر رشد ترک برای نمونه های مختلف با دانبندی های مشاهده می شود که مسیر رشد ترک در نمونه هایی با دانبندی ریزتر، منظم تر بوده و از نوک ترک اولیه شروع شده و در جهت عمود بر تنش کششی حدکثر گسترش می یابد.ولی در نمونه هایی با دانبندی درشت-تر، ترک از مرز دانه ها شروع شده و در یک مسیر نامنظم تررشد کرده و ختم ترک در نقاطی با مقاومت کم در محیط نمونه می باشد. با بررسی برخی پارامتر های انتشار آوایی (ae) نمونه هاهمچون تعداد کانت، انرژی، فرکانس متوسط و ra نیز مشاهده شد که با تغییرات چقرمگی برای دانه بندی های مختلف، این پارامتر ها نیز تغییر می کنند. تعداد کانت های ثبت شده در بازه زمانی انتهای ناحیه الاستیک تا نقطه شروع بهم پیوستن میکروترک ها به عنوان زون شکست در نوک ترک، برای شش نمونه بدست آورده شده است که رابطه مستقیم با نمودار تغییرات چقرمگی نمونه ها در هر دو حالت مد شکست کشش خالص و برش خالص دارد. همچنین ra متوسط نیز برای نمونه های چقر بیشتر از سایر نمونه ها است که حکایت از ارتباط مستقیم این پارامتر با چقرمگی دارد. در پایان نیز آزمایش های صورت گرفته توسط نرم افزار مکانیک شکست سنگ (rock fracture process analysis)مدلسازی شده و نتایج حاصل برای چقرمگی با برسی های آزمایشگاهی مقایسه شده است که هماهنگی مناسبی از خود نشان می دهند.