روش های تعیین مقاومت فشاری تک محوره به صورت غیر مستقیم UCS

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
هر چند مقاومت کششی سنگ ها به کمک آزمایش کشش تک محوره ی مستقیم قابل اندازه گیری می باشد، اما این آزمایش اساسا از نظر تکنیکی مشکل بوده و هزینه بر می باشد. از این رو برای تعیین مقاومت کششی سنگ ها از آزمایش های غیرمستقیم از جمله آزمایش برزیلی استفاده می شود. بطور کلی روش های غیرمستقیم بر این اصل استوار می باشند که نیروی فشاری در یک جهت خاص، سبب القای نیروی کششی در جهت عمود بر آن می شود. با عنایت به اینکه از نظر روابط الاستیکی، سختی مواد در حالت کشش و فشارش یکسان می باشد، تلاش شد تا بکمک نتایج حاصل از آزمایش مقاومت فشاری تک محوره ی سنگ ها، تخمین مناسبی از مقاومت کششی آنها ارائه شود. بررسی رابطه ی ارائه شده نشان داد که از نتایج آزمایش مقاومت فشاری تک محوره که در آن کرنش محوری و جانبی نمونه تعیین شد هاند، می توان مقاومت کششی نمونه را به شکل مناسبی تخمین زد. در این مقاله به شرح رابطه ی ارائه شده و همچنین ارزیابی آن بکمک داده های آزمایش های مختلف پرداخته شده است.

آزمایش ۱


چکش اشمیت
UCS.jpg


هدف آزمایش:
این روش برای تعیین سختی سنگ در واقع مقاومت و یا مدول الاستیسیته ی سنگ به کار می رود.


تئوری آزمایش:
مطالعات نشان داده است که سختی سنگ ها با مقاومت فشاری تک محوری و مدول کشسانی سنگ ها در ارتباط است در واقع سختی یکی از مفاهیم رایج است که برای توصیف رفتاری سنگها بکار می رود. سختی تابعی از عوامل ذاتی چون نوع کانی ها، ابعاد دانه ها، چسبندگی مرزی کانی ها، مقاومت و رفتار الاستیک و پلاستیک سنگ می باشد. ترکیب و اندرکنش این عوامل، تعیین کننده سختی یک سنگ است. روش های متعددی برای تعیین سختی سنگ پیشنهاد شده است که یکی از این روشها بکارگیری وسیله ای به نام چکش اشمیت است. که معروف به آزمایشهای واجهشی یا دینامیکی است. در این دسته از آزمایش ها از یک چکش یا وزنه برای ضربه زدن به سطح سنگ استفاده می شود و ارتفاع واجهش وزنه مقیاسی برای سنجش سختی است. هرگونه رفتار پلاستیک یا تغییر شکل بر اثر ضربه، انرژی الاستیک واجهش چکش را کاهش می دهد.



هدف آزمایش:
این آزمایش برای تعیین سختی سنگ با استفاده از چکش اشمیت در صحرا و یا آزمایشگاه بکار می رود. با استفاده از این سختی می توان خصوصیات دیگر سنگ را مانند مقاومت فشاری آن، تخمین کرد. این روش که توسط انجمن بین المللی مکانیک سنگ ISRM به صورت استاندارد در آمده است. در مورد سنگ های خیلی نرم یا خیلی سخت دارای محدودیت هایی بوده است و نتایج قابل اطمینانی ارائه نمی دهد





وسایل مورد نیاز:
+ چکش اشمیت
پلانژر(میله چکش) روی نمونه قرار گرفته وبا فشار دادن چکش به سنگ، به داخل بدنه فرو می رود. این عمل باعث فشرده شدن فنر داخل چکش می گردد. ضامن فنر در سطح انرژی تراکمی مشخصی آزاد شده و به وزنه ای که بالای پلانژر قرار دارد ضربه وارد می کند. ارتفاع واجهش وزنه از روی خط کش قرائت می شود و به عنوان مقیاسی برای تعیین سختی استفاده می شود. این وسیله قابل حمل بوده و در همه جا قابل استفاده است. مدلهای گوناگونی از چکش اشمیت با سطوح انرژی متفاوتی ساخته شده است. برای مثال چکش نوع L انرژی ضربه ای معادل ۷۴/۰ نیوتن متر تولید می کند.

+ قاعده فولادی
قاعده فولادی به وزن حدودی ۲۰ کیلوگرم که نمونه را محکم در داخل خود نگه می دارد. نمونه های استوانه ای شکل داخل یک غلافV شکل یا استوانه ای شکل با شعاعی برابر شعاع مغزه قرار می گیرند.

+ آنویل(سندان) فولادی استاندارد برای کالیبره کردن چکش.
نمونه مورد آزمایش باید معرف سنگ مورد مطالعه باشد. در صورت امکان بهتر است که از قطعات بزرگتر برای آزمایش استفاده شود. چکش اشمیت نوع باید روی مغزه های (۵۴ میلی متر) یا بزرگتر و یا نمونه های بلوکی شکل که هر ضلع آنها حداقل ۶ سانتی متر باشد مورد استفاده قرار گیرد.


مراحل انجام آزمایش:
الف)چکش اشمیت قبل از هر آزمایش توسط یک آنویل (سندان) استاندارد، کالیبره می شود. میانگین ده قرائت روی آنویل استاندارد محاسبه شده و از آن برای تعیین ضریب تصحیح استفاده می شود.

ب)سطحی از نمونه که زیر پلانژر قرار می گیرد باید کاملا صاف و پرداخته شده باشد (چه در صحرا و چه در آزمایشگاه). این سطح و همچنین ماده سنگی زیر آن از هر گونه ناپیوستگی موضعی مربوط به توده سنگ باشد.

پ)قطعات مجزا و سنگ را باید محکم به یک پایه صلب بست تا نمونه در طی آزمایش از هرگونه تکان یا لرزش محفوظ باشد.

ت)مقدار سختی بدست آمده بستگی به راستای قرار گیری چکش دارد. طبق پیشنهادISRM بهتر است که چکش در یکی از سه وضعیت قائم به سمت بالا، افقی و یا قائم به سمت پایین قرار بگیرد.

در هر حالت مقدار انحراف چکش نباید بیشتر از مثبت و منفی ۵ درجه باشد. در صورتی که امکان انجام آزمایش در هیچ یک از جهات ذکر شده نباشد می توان آزمایش را با زاویه ای دلخواه انجام داد و سپس نتایج را برای حالات قائم و یا افقی تصحیح نمود. منحنی تصحیح معمولا توسط کارخانه سازنده چکش ارائه می شود. زاویه قرارگیری چکش و هرگونه تصحیح انجام شده روی نتایج باید یادداشت و گزارش گردد.

ث)دست کم ۲۰ آزمایش مجزا باید روی هر نمونه سنگ انجام گیرد. نقاط مورد آزمایش باید حداقل به اندازه قطر پلانژر از هم فاصله داشته باشند. درصورت ایجاد هرگونه درزه و ترک بر اثر ضربه وارده، نتایج آزمایش باطل و نمونه مربوطه برای آزمایش های بعدی غیر قابل استفاده خواهد بود. وجود هرگونه خطا در آماده سازی نمونه و روش آزمایش باعث ایجاد مقادیر پایین تر سختی می شود.


محاسبات:
ضریب تصحیح قرائت ها با توجه به کالیبراسیون چکش از رابطه زیر بدست می آید:


مقدار سختی استاندارد ویژه سندان
——————————
————————————————————– = ضریب
تصحیح میانگین ۱۰ قرائت انجام شده روی سندان کالیبراسیون


برای تعیین سختی اشمیت با توجه به اینکه احتمال وجود خطا در مقادیر پایین بیشتر است، ابتدا نیمی از داده ها که کمترین مقدار را دارند حذف شده و از بقیه داده ها میانگین گرفته می شود. این میانگین در ضریب تصحیح ضرب شده و عدد حاصل به عنوان سختی واجهشی اشمیت در نظر گرفته می شود.با استفاده از سختی واجهشی اشمیت ، می توان بر اساس جداول ارائه شده توسط کارخانه سازنده و زاویه برخورد چکش به نمونه ، مقاومت فشاری سنگ را تخمین زد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
آزمایش ۲


تعیین مقاومت فشاری تک محوره وتغییر شکل پذیری

UCS-3.jpg

هدف آزمایش:
این آزمایش برای اندازه گیری مقاومت فشاری تک محوره ی نمونه های استوانه ای و رسم منحنی های تنش-کرنش و همچنین محاسبه ی مدول یانگ و ضریب پواسون به کار میرود.
آزمایش مقاومت فشاری تک محوری یا نا محصور مرسوم ترین آزمون آزمایشگاهی برا ی مطالعات مکانیکی سنگ بکر میباشد که با وجود ظاهری ساده، انجام دقیق آن بسیار مشکل است ، این آزمایش به عنوان آزمایش پایه در اکثر پروژه های مهندسی انجام گرفته و به ندرت اتفاق می افتد که در پروژه ای مقاومت فشاری تک محوری مورد نیاز نباشد. اگر چه این آزمایش عمدتا به عنوان شاخصی برای مقایسه سنگ ها شناخته می شود، لیکن کاربردهای وسیع دیگری نیز در حل مسائل عملی مکانیک سنگ پیدا کرده است. مقاومت ماده سنگی یا سنگ بکر به عنوان یک پارامتر اصلی در اکثر سیستم های طبقه بندی توده سنگ مورد توجه قرار گرفته است. مقاومت ماده سنگ حد بالای مقاومت توده سنگ می باشد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
آزمایش ۳


تعیین مقاومت کششی غیر مستقیم (روش برزیلی)

UCS-4.jpg

هدف آزمایش:
این آزمایش برای تعیین مقاومت کششی نمونه های استوانه ای سنگ بکر به طور غیر مستقیم به کار می رود.
این آزمایش بطور غیر مستقیم برای تعیین مقاومت کششی نمونه های استوانه ای سنگ بکر بکار می رود و مبتنی بر این است که با اعمال فشار قطری به نمونه استوانه ی سنگ ، تنش کششی در امتداد عمود بر محور بار گذاری گسترش یافته و زمانی که بر مقاومت کششی سنگ غلبه کند باعث گسیختگی آن می شود .

این آزمایش بیشتر در مورد نمونه های متراکم و دانه ریز و فاقد درز و ترک صادق است و به کار می رود .


وسایل مورد نیاز آزمایش
۱) فکهای بار گذاری قوسی شکل
2) نوار چسب کاغذی با ضخامت۰.۲ تا ۰.۴ میلیمتر و پهنای کمی بیشتر از نمونه
۳) دستگاه اعمال و اندازه گیری بار فشاری .


نمونه ها
مغزهای مورد آزمایش حدّاقل قطر ۵۴ میلیمتر را باید داشته باشند ، ارتفاع یا ضخامت مغزها برابر شعاع نمونه بهتر است .

سطح جانبی نمونه ها نیز باید صاف باشند و نیز سطوح انتهای نمونه که باید عمود بر محور نمونه و موازی هم باشند .

تعداد نمونه ها ۱۰ عدد کفایت می کند .

قطر و ضخامت نمونه ها باید اندازه گیری شود و در جدول درج گردد .

دور نمونه ها باید یک لایه نوار چسب کاغذی چسبانده و جهت بار گذاری باید مشخّص گردد .

نمونه باید گونه ای داخل فکها قرار گیرد که بار بصورت قطری به آن وارد شود نباید هیچ منفذی بین فکها و سطح نمونه وجود داشته باشد .

سرعت بار گذاری باید پایین باشد تا بار یکنواخت به نمونه وارد شود .

نرخ بار گذاری۰.۲ کیلو نیوتن بر ثانیه است .

باید در ثبت ماکزیمم بار نهایت دقّت به کار رود زیرا اگر بار کمتر از ۱۰ کیلو نیوتن باشد در دستگاه ثبت نمی شود و نیز در برخی موارد ممکن است پس از وقوع شکست باز هم تحمل بار بکند .

نتایج زمانی قابل قبول است که شکستگی در راستای بارگذاری و عمود بر سطح مقطع نمونه تشکیل گردد .
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
آزمایش ۴


مقاومت فشاری نمونه نامنظم (بارگذاری نقطه ای)
UCS-5.jpg

هدف آزمایش:
هدف از این آزمایش تعیین یک شاخص مقاومتی می باشد که در طبقه بندی و خصوصیات سنگ استفاده می گردد.

مقاومت بار نقطه‌ای محوری توسط دستگاهی با دو فک مخروطی شکل اندازه‌‌گیری می‌شود.

مغزه استوانه‌ای شکل (با نسبت طول به قطر ۱ تا ۵/۱) یا نمونه دارای شکل نامنظم (با نسبت ارتفاع به وزن حدودا ۱ تا ۵/۱) بین دو فک مخروطی قرار می‌گیرد و عملیات بارگذاری آغاز می‌شود تا سنگ شکسته شود.

اندیس بار نقطه‌ای (tlp) به صورت زیر تعریف می‌شود:

tlp = F / d2

در رابطه بالا، F مقدار باری است که سنگ توسط آن شکسته شده است و d فاصله بین دو فک مخروطی است.

علت در نظر گرفتن بار نقطه‌ای محوری به‌عنوان یکی از اطلاعات خروجی این است که در تحقیقات به عمل آمده مشخص شده است که این مقاومت با مقاومت فشاری تک محوره و مقاومت کششی برزیلی مرتبط است.

تمام اطلاعات ورودی و خروجی برای استفاده در شبکه عصبی، باید به اعدادی بین صفر و یک تبدیل شوند. این کار با مطابقت دادن مقادیر حداکثر و حداقل هر کدام از این پارامترها به ترتیب با صفر و یک انجام می‌گیرد.

(مقدار حداقل پارامتر _ مقدار حداکثر پارامتر) / (مقدار پارامتر _ مقدار حداکثر پارامتر ) = مقدار بین صفر و یک
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
آزمایش ۵

نفوذ پذیری آزمایشگاهی

تئوری آزمایش
نفوذپذیری عبارتست ازقابلیت سنگ برای عبوردادن مایعت ازداخل خودبدون اینکه تغییری درساختمان آن ایجادشود.هنگامی که آب زیرزمینی ازمواد متخلخل اشباع شده می گذرد دبی جریان متناسب باسطح مقطع و شیب هیدرولیکی خواهدبود.


هدف آزمایش
این آزمایش به منظورتعیین ضریب نفوذپذیری آزمایشگاهی سنگ انجام می گیرد.


وسایل موردنیاز
الف) محفظه نفوذپذیری:این محفظه شامل استوانه ای فلزی است که دارای درپوش کاملا محکم در بالا و قیف فلزی درپایین است.جنس محفظه بایدازفلزی مقاوم دربرابر خوردگی باشد.

ب) منبع آب:میتوان ازیک لوله فلزی یاشیشه ای مقاوم دربرابر فشار به عنوان منبع آب استفاده کرد.

ج) خطوط انتقال فشار:شامل هرنوع لوله پلاستیکی،لاستیکی یا فلزی مقاوم درفشارهای بالا و کاملا آب بندی شده می باشد.

ت) سیستم تولیدفشارثابت:هرنوع سیستم تولید فشارراکه بتوان فشارثابتی به مقدارموردنظرتولید نماید می توان مورداستفاده قرارداد.


مراحل انجام آزمایش
الف)سطح نمونه پس ازآماده سازی خشک شده وابعادآن بادقت اندازه گیری می شودسپس نمونه داخل محفظه قرار می گیرد.فضای خالی بین محفظه و نمونه توسط مواد عایق آب بندی کننده پر می شود. مخلوطی ازموم و رزین عایق مناسبی برای این منظور می باشد.

ب) پس ازاطمینان از آب بندی شدن کامل نمونه ، تجهیزات سوار شده و مخزن از آب بدون هوا پر میگردد.

پ)درحالیکه سیستم کاملا ازآب پر می باشد فشار مورد نظربه مخزن اعمال می گردد.در همین حال مقدارآب خروجی ازنمونه توسط استوانه مدرج اندازه گیری می شود.درزمان های مشخصی مقدارآب خروجی ازنمونه و قرائت گیج فشاریادداشت می شود.

ت)آزمایش نفوذپذیری معمولابه مدت ۱۰۰دقیقه پس ازرسیدن به حالت جریان پایدارادامه می یابد و حجم خروجی آب دراین دوره زمانی اندازه گیری می شود.


نتیجه
نفوذپذیری سنگ­هابه منظورتعیین چگالی وتخلخل آنها مخصوصا در زیر زمین اندازه گیری می شود و ازجمله عواملی که درآن تاثیر دارند:دبی جریان،شیب هیدرولیکی و سطح مقطع سنگ می باشد.
 

Similar threads

بالا