به گزارش دمیرنیوز، پژوهشگران دانشکده مهندسی معدن دانشکدگان فنی دانشگاه تهران، با به‌کارگیری روش‌های عددی پیشرفته، موفق به ارزیابی اثر مقیاس و ناهمسانگردی در خواص مکانیکی توده‌سنگ‌های درزه‌دار شدند.
دکتر مجتبی بهاءالدینی، عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی معدن دانشکدگان فنی، به همراه همکاران پژوهشی خود، در مطالعه‌ای جامع به بررسی اثر مقیاس و ناهمسانگردی در خواص مکانیکی توده‌سنگ‌های درزه‌دار پرداخته است.
دکتر بهاءالدینی با اعلام این مطلب گفت: «این تحقیق که با استفاده از رویکرد «توده سنگ مصنوعی» (SRM) و تلفیق دو روش عددی «المان مجزا» (DEM) و «شبکه شکستگی مجزا» (DFN) انجام گرفته، راهکاری نوین برای تخمین حجم المان معرف (REV) در مقیاس‌های بزرگ ارائه می‌دهد و می‌تواند ابزاری کارآمد برای طراحی‌های مهندسی در معادن روباز و پروژه‌های بزرگ عمرانی محسوب شود».
عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی معدن افزود: «پیش‌بینی رفتار مکانیکی توده‌سنگ‌ها در مقیاس‌های بزرگ، همواره یکی از چالش‌های اساسی در مهندسی سنگ محسوب میشود. این پیچیدگی عمدتاً ناشی از وابستگی شدید به مقیاس و وجود ناهمسانگردی ناشی از ناپیوستگی‌های زمین‌شناسی است. روش‌های متداول در تخمین حجم المان معرف (REV) با محدودیت‌هایی مواجه هستند، اما شبیه‌سازی‌های عددی، جایگزینی مطمئن و کارآمد برای این منظور به شمار می‌روند».
در این تحقیق که نتایج آن در یکی از نشریات معتبر بین‌المللی منتشر شده است، پژوهشگران با استفاده از رویکرد «توده سنگ مصنوعی» (Synthetic Rock Mass – SRM) و تلفیق دو روش عددی «روش المان مجزا» (Discrete Element Method – DEM) و «شبکه شکستگی مجزا» (Discrete Fracture Network – DFN)، اثر مقیاس و ناهمسانگردی را در یک توده سنگ درزه‌دار تحت بارگذاری محوری (تک‌محوره) مورد بررسی قرار دادند.
بنا به گفته دکتر بهاءالدینی در این پژوهش به‌عنوان مطالعه موردی، دیواره فعال یکی از معادن بزرگ سنگ‌آهن روباز انتخاب شد. ناپیوستگی‌های موجود در این دیواره با استفاده از روش فتوگرامتری (نقشه‌برداری با تصویربرداری نزدیک‌برد) برداشت و مدل DFN معتبری بر اساس آن تولید گردید. سنگ بکر نیز با به‌کارگیری «مدل ذرات باند شده» (Bonded Particle Model – BPM) شبیه‌سازی شد و برای حفظ کارایی محاسباتی، اندازه ذرات با افزایش ابعاد مدل، بزرگ‌تر در نظر گرفته شد.
پژوهشگران با انجام آزمایش‌های فشاری تک‌محوره بر روی تعداد ۵۴ مدل با اندازه‌ها و جهت‌گیری‌های مختلف، به نتایج قابل‌توجهی دست یافتند. یافته‌ها نشان می‌دهد که هر دو پارامتر مقاومت فشاری تک‌محوره (UCS) و مدول تغییر شکل توده‌سنگ، با افزایش ابعاد نمونه کاهش می‌یابند؛ با این تفاوت که مدول تغییرشکل سرعت کاهش بیشتری دارد.
بر اساس این مطالعه، حجم المان معرف مکانیکی (Mechanical REV) برای این توده‌سنگ، برابر با ۵ × ۵ × ۱۰ متر مکعب تعیین شد. همچنین مشخص گردید که توده سنگ مورد مطالعه، ناهمسانگردی قابل‌توجهی از خود نشان می‌دهد که این ناهمسانگردی برای پارامتر مقاومت فشاری تک‌محوره، بارزتر از مدول تغییرشکل است. محققان دریافتند که در ابعاد بزرگ‌تر از ۵ متر، اگرچه مقاومت فشاری تک‌محوره و مدول تغییرشکل حساسیت کمتری به تغییرات مقیاس نشان می‌دهند، اما ناهمسانگردی تا ابعاد بزرگ‌تر نیز تداوم می‌یابد که این امر ناشی از تأثیر غالب جهت‌گیری دسته درزه‌هاست.
یکی از دستاوردهای کلیدی این پژوهش، رابطه میان «حجم المان معرف هندسی» و «حجم المان معرف مکانیکی» است. نکته کلیدی و کاربردی این پژوهش آن است که «حجم المان معرف هندسی» (Geometrical REV) می‌تواند به‌عنوان یک شاخص اولیه و عملی برای تخمین «حجم المان معرف مکانیکی» (Mechanical REV) مورد استفاده قرار گیرد. این یافته، ابزاری کارآمد و سریع برای طراحی‌های مهندسی در مقیاس‌های بزرگ نظیر معادن روباز، سدهای سنگی، تونل‌ها و سایر پروژه‌های عمرانی فراهم می‌آورد و گامی مؤثر در جهت کاهش هزینه‌ها و افزایش دقت در پیش‌بینی رفتار توده‌سنگ‌ها محسوب میشود.
منبع: ماین نیوز
