تحليل الگوي شكست ماسه سنگ‌ها (مطالعه موردي: ماسه سنگ‌هاي استان مركزي)

Failure Modes Analysis of Sandstones (Case Study: Markazi Province Sandstones)

هدف از اين پژوهش، تحليل الگوهاي شكست ماسه سنگ‌هاي دوران مزوزوئيك و سنوزوئيك استان مركزي با توجه به تغييرات مقاومت فشاري آنها مي‌باشد. براي اين منظور، الگوهاي شكست پنج تيپ مختلف از ماسه سنگ‌هاي با مقادير مقاومت فشاري تك‌محوره (UCS) متفاوت حاصل از نتايج آزمايشگاهي و آناليز عددي مورد بررسي قرار گرفتند. همچنين در اين مطالعه اثر الگوهاي شكست بر روي مقاومت فشاري تك‌محوره كمي‌سازي گرديد. براي انجام اين پژوهش نمونه‌هاي بلوكي از ماسه سنگ‌هاي سازند‌هاي مختلف واقع در بخش شمالي استان مركزي جمع‌آوري و براساس ويژگي‌هاي بافتي و كاني‌شناسي به پنج تيپ (تيپ‌‌‌‌هاي 1 تا 5) تقسيم گرديده و تحت آزمايش UCS قرار گرفتند. بررسي الگوهاي شكست اين ماسه سنگ‌ها در محدوده‌هاي مختلف مقاومتي نشان داد كه در مقادير پايين مقاومت، الگوي شكست عمدتا از نوع برشي ساده (Simple shear) مي‌باشد كه با افزايش مقاومت فشاري به نوع كششي چندگانه (Multiple extenssion) تغيير مي‌يابد. الگوي غالب شكست براي تيپ‌هاي 1، 2 و 4 از نوع برشي ساده و براي تيپ‌هاي 3 و 5 از نوع كششي چندگانه مي‌باشد. بررسي الگوهاي شكست در بازه‌هاي مقاومتي مختلف براي كل نمونه‌‌‌‌هاي ماسه‌سنگي نشان داد كه تا مقادير 140 مگاپاسكال، الگوي شكست غالب از نوع برشي ساده و براي مقادير بيش از 140 مگاپاسكال، الگوي شكست از نوع كششي چندگانه مي‌باشد. همچنين در اين مطالعه، الگوهاي شكست نمونه‌هاي آزمايشگاهي با استفاده از نرم‌افزار PFC2D به صورت عددي شبيه‌سازي شدند و ملاحظه گرديد كه نتايج بدست آمده از مدل‌سازي عددي، همخواني قابل قبولي با نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌دهند.

The aim of this study is analyzing the failure modes of sandstones related to Markazi Province using compressive strength changes. For this purpose, the fracture modes of five different types of sandstones with different compressive strength values have been studied experimentally and numerically. Also, The effect of failure modes on uniaxial compressive strength was quantified. block samples were collected from different sandstone formations located in northern part of Markazi province. These sandstones were divided into five types based on the textural and mineralogical characteristics. These samples were subjected to uniaxial compressive strength testing. Examination of the fracture modes showed that simple shear mode occurred at low values of strength and it changes to multiple extension mode with increasing the compressive strength. The dominant failure mode for types 1, 2 and 4 is simple shear and for types 3 and 5 is multiple extension. Investigation of failure modes in different strength ranges showed that the dominant failure modes up to 140 and over 140 MPa are simple shear and multiple extension, respectively. Therefore, strength of 140 MPa was considered as the transisson point. Also, in this study, the failure modes of the experimental samples were numerically simulated using PFC2D software. The results of numerical modeling showed a good agreement with the experimental results.