بررسي چگونگي شروع رشد و گسترش ترك در محيط سنگي با استفاده از روش انرژي

an investigation into cracks developement by using energy method

ازآنجاكه امروزه فرآيند بروز و گسترش ترك درسنگ بسيارمورد توجه قرارگرفته‌است، استفاده ازمباني مكانيك‌شكست و ارتباط آن بافشار تزريق مي‌تواند ابزاري مناسب براي بررسي و مطالعه دقيق‌تر رفتار توده‌هاي‌سنگي و نيز در موارد خاص تخمين تنش‌هاي برجا در اعماق مختلف زمين باشد. شناخت و ارزيابي رفتار درزه‌هاي‌سنگي تحت فشار تزريق در پروژه‌هاي مكانيك‌سنگي بسيار حائزاهميت مي‌باشد. مقاومت ماده ممكن است شامل انرژي سطحي، كار پلاستيك و يا ساير تلفات انرژي در هنگام رشد ترك باشد. بنابراين ضرورت شناخت مكانيزم شروع و نحوه انتشار ترك‌هاي هيدروليكي درشاخه‌هاي مختلف مهندسي موجب شده است كه تحليل اين پديده و تلاش براي دستيابي به يك مدل مناسب براي شبيه سازي آن، به شدت مورد توجه قرار گيرد. در اﯾﻦ مقاله تلاش شده است ﺑﺎ بكارگيري روش‎‌هاي تحليلي پيچيده، مدلي ساده ودرعين‌حال كارآمد براي محاسبه فرآيند رشد ترك در محيط سنگي ارائه شود؛ سپس با استفاده از ﻧﺮم اﻓﺰار آﺑﺎﮐﻮس وﺑﻪﮐﺎرﮔﯿﺮي روش اﻟﻤﺎن‌ﻣﺤﺪود، مدل زمين به همراه تزريق سيال ساخته شده است. در راستاي پيش‌برد ﭘﮋوﻫﺶ دراﺑﺘﺪا ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر اﻋﺘﺒﺎرﺳﻨﺠﯽ ﻧﺤﻮه¬ي ﺗﻮزﯾﻊ ﺗﻨﺶﻫﺎي اﻃﺮاف ﭼﺎه از رواﺑﻂ ﮐﺮش اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺧﻄﺎي ﻗﺎﺑﻞ ﻗﺒﻮل ﺣﺎﺻﻞ ﺷﺪه، اﻧﻄﺒﺎق ﺑﺴﯿﺎر ﺧﻮب ﻧﺘﺎﯾﺞ ﻋﺪدي ﺑﺎ رواﺑﻂ ﺗﺤﻠﯿﻠﯽ را ﻧﺸﺎن ﻣﯽدﻫﺪ. در اداﻣﻪ پس از اطمينان از نتايج شبيه سازي ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر بررسي ﺻﺤﺖ روابط تحليلي استخراج شده نتايج حاصل از اين 2 روش با يكديگر مقايسه شده است، ﮐﻪ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﻋﺪدي ﺣﺎﺻﻞ از ﺷﺒﯿﻪﺳﺎزي ﺑﺎ رواﺑﻂ ﺗﺤﻠﯿﻠﯽ ﻣﻄﺎﺑﻘﺖ ﻗﺎﺑﻞ ﻗﺒﻮﻟﯽ را ﻧﺸﺎن ﻣﯽدﻫﺪ. در انتها نيز به بررسي اثر فشار تزريق و ساير پارامترهاي موثر پرداخته شده است. واژه هاي كليدي: روش انرژي، مكانيك‌شكست، فشار تزريق، روش‌هاي تحليلي، شكست هيدروليكي، روش اﻟﻤﺎن‌ﻣﺤﺪود، آباكوس

Since the process of initiation and propagation of cracks in the rock is under focus nowadays. Using the fundamentals of fracture mechanics and its relationship with the injection pressure can be a suitable tool for examining and studying the behavior of rock masses more exactly and in certain cases, estimating the in-situ stresses in different depths of the earth. Knowing and evaluating the behavior of rock joints under the injection pressure in rock mechanics projects are of high importance. The material resistance may include surface energy, plastic work or other energy losses during the crack growth. Therefore, the necessity of knowing the initiation mechanism and the way of hydraulic cracks propagation in various branches of engineering has caused the analysis of this phenomenon and trying to obtain a suitable model for its simulation be considered strongly. In this article, we have tried to offer a simple and efficient model for calculating the crack growth process in rock environment by employing sophisticated analysis methods. Then, the ground model along with fluid injection is known using ABAQUS software and employing finite element method. For progression of the research, at first, Kirsch relations were used for verification of the way of stresses distribution around the well. The resulted acceptable error shows the proper consistency of numerical results with the analytical relations. Then, the results obtained from the two methods were compared for examining the accuracy of the extracted analytical relations after making sure of the simulation results. The comparison showed that the numerical results obtained from the simulation have an acceptable consistency with the analytical relations. Finally, the effect of injection pressure and other effective parameters have been examined.