کالیبراسیون مقاومت کششی مدل سنگ در نرم‌افزار PFC2D با استفاده از تابع توزیع ریزترک و روش کلامپ

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، بخش مهندسی معدن، دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک سنگ، بخش مهندسی معدن، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

توانایی روش المان مجزا برای شبیه‌سازی شروع و گسترش ترک محققان را قادر ساخته تا مطالب مختلفی را در زمینه مکانیزم شکست در سنگ‌ها بررسی کنند که با استفاده از روش‌های المان محدود و المان مرزی امکان‌پذیر نیست. بررسی تعداد میکروترک‌ها و آستانه شکست در سنگ‌ها به فهم بهتر رفتار سنگ‌های شکننده تحت شرایط واقعی کمک می‌کند. نرم‌افزار PFC2Dبر اساس روش المان مجزا بوده و قابلیت ویژه آن در مدل‌سازی گسترش ترک نسبت به دیگر روش‌های عددی است. مشکلی که محققان در مدل‌سازی با این نرم‌افزار مواجه هستند، عدم تطابق مقاومت کششی مدل عددی و الگوی شکست آن با نمونه واقعی با مقاومت فشارشی بالا است. در این تحقیق از نتایج آزمایشگاهی برای کالیبراسیون مدل‌های عددی استفاده شد. از نمونه سنگ گرانیت مقاطع نازک پتروگرافی و نمونه‌هایی نیز برای انجام مطالعات SEMتهیه شد. اطلاعات لازم در مورد توزیع دانه‌بندی و توزیع ریزترک‌ها در این نمونه سنگ با انجام مطالعات میکروسکوپی برای استفاده در مدل‌های عددی به دست آمد. علاوه بر این در این تحقیق برای دستیابی به الگوی شکست صحیح مدل‌ها مطابق با نمونه‌های آزمایشگاهی، از روشی که در آن اندازه کلامپ‌ها به‌وسیله یک شعاع تأثیر معلوم کنترل می‌شود، استفاده شد. استفاده از این نوع کلامپ‌ها مشخص نمود که نسبت مقاومت کششی به فشارشی به‌دست‌آمده از آزمایش‌های تک‌محوره و کشش از مقدار 5/0 (در حالت بدون کلامپ) به مقدار کمتر از 1/0 کاهش یافته و مقدار مقاومت کششی در نمونه‌های آزمایشگاهی با مقاومت فشارشی بالا تقریباً با مدل‌های عددی برابر می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Calibration of tensile strength of a rock model in PFC2D by using distribution function of micro-cracks and clumping method

نویسندگان [English]

  • Morteza Ahmadi 1
  • Aliasghar Safari 2
  • Kamran Goshtasbi 1
چکیده [English]

Ability of discrete element method to simulate initiation and propagation of cracks enables researchers to investigate different topics in the field of fracture mechanics, which is not possible with using finite element and boundary element methods. Study of micro-cracks and failure threshold in rocks with high compression strength help better understanding of brittle behavior under real conditions. PFC2D is based on discrete element method and its special features in modeling the propagation of cracks are compared with other numerical methods. The problems which researchers are faced with this software are mismatch in tensile strength and failure mode of numerical modeling in real samples with high compression strength. In this study, experimental results were used to calibrate numerical models. Petrographic thin sections and cubic samples of granite were prepared for SEM studies. Necessary information about the grain distribution and distribution of micro-cracks in rock samples with microscopic studies were obtained for using in numerical model. In addition, in this study, a clumping method was used. The clumps size is controlled by known influence radius to achieve correct failure pattern of models in accordance with lab samples. Using this type of clumping, showed that ratio of tensile to compressive strength decreases from a mount of 0.5 (without clumping) to less than 0.1 and the tensile strength in numerical models were almost equal to lab samples in high compressive strength.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Discrete Element Method
  • Numerical Model Calibration
  • PFC2D
  • Distribution of Micro-Cracks and Clumping Method