تعيين گستره خرابي بريك- اوت پيرامون گمانه به كمك معيار موهر- كولمب و هوك- براون

Determination of breakout failure zone around the borehole using the Mohr-Coulomb and Hoek-Brown failure criteria

با حفرگمانه در توده سنگ و در اعماق زياد توزيع تنش پيرامون آن برهم خورده و در مجاورت آن تمركز تنش ايجاد مي شود. اگر تنش هاي برشي ايجاد شده ناشي از فشار تنش هاي برجا، در سنگ پيرامون گمانه از مقاومت آن بيش تر شوند، باعث رخداد نوعي از خرابي در پيرامون گمانه مي گردد كه به آن خرابي بريك- اوت گفته مي شود. مشاهده شده كه نواحي خرابي بريك- اوت در امتداد تنش اصلي كوچك تر ايجاد شده و توسعه پيدا مي كنند. در اين مقاله با فرض رفتار الاستيك توده سنگ، به حل تحليلي خرابي بريك- اوت با استفاده از معيار خرابي موهر- كولمب و هوك- براون براي مدل هاي دوبعدي پرداخته مي شود و گستره خرابي با استفاده از اين دو معيار بدست مي آيد. مطابق با نتايج بدست آمده از مدل رياضي، پارامترهاي موثر در عمق و عرض بريك- اوت رخ داده در پيرامون گمانه، وابسته به مشخصات مكانيكي مصالح موجود در معيار خرابي انتخاب شده و همچنين مقدار و نسبت تنش هاي برجا مي باشند. درصورتيكه نسبت تنش هاي برجا يك باشد، خرابي از نوع بريك- اوت رخ نخواهد داد. همچنين با افزايش كيفيت سنگ، گستره خرابي بريك- اوت كم تر مي شود و با كاهش مشخصات مكانيكي سنگ و افزايش مقدار و نسبت تنش هاي برجا محدوده خرابي بزرگ تر مي شود.

By drilling borehole in the ground, the distribution of stress around it changes and stress concentration is created. If the shear stresses induced by in- situ stresses is more than rock strength, it causes a kind of failure around the borehole, which is called breakout. It has been observed that breakout failure zones are initiated and propagated in the direction of minimum in- situ stress. In this paper, by assumption of elasticit behavior of rock mass, the analytical 2D analysis of breakout failure using the Mohr-Coulomb and Hoek-Brown failure criteria is addressed and the failure zone is obtained by using these two criteria. According to the results of the mathematical model, the effective parameters in the depth and width of the breakout occurring around the borehole are depended on the mechanical properties of the materials in the medium as well as the amount and ratio of in- situ stresses. If the ratio of stresses is one, breakout failure will not occur. Also, with increasing the rock quality, the breakout depth decreases, and with decreasing rock strength and increasing the amount and ratio of stresses, the breakout area becomes larger.