ردکردن این

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

Baner-Telegram
Baner-instagram

مطالب مرتبط

Baner-MineJobs
Baner-dictionary

https://www.mining-eng.ir/?p=2563

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.

 

آزمايش 1 

چکش اشميت

UCS

هدف آزمايش:

اين روش براي تعيين سختي سنگ در واقع مقاومت و يا مدول الاستيسيته ي سنگ به کار مي رود.                                                                                                                                                                

◄   تئوري آزمايش:

مطالعات نشان داده است که سختي سنگ ها با مقاومت فشاري تک محوري و مدول کشساني سنگ ها در ارتباط است در واقع سختي يكي از مفاهيم رايج است كه براي توصيف رفتاري سنگها بكار مي رود. سختي تابعي از عوامل ذاتي چون نوع كاني ها، ابعاد دانه ها، چسبندگي مرزي كاني ها، مقاومت و رفتار الاستيك و پلاستيك سنگ مي باشد. تركيب و اندركنش اين عوامل،  تعيين كننده سختي يك سنگ است.  روش هاي متعددي براي تعيين سختي سنگ پيشنهاد شده است كه يكي از اين روشها بكارگيري وسيله اي به نام چكش اشميت است. كه معروف به آزمايشهاي واجهشي يا ديناميكي است. در اين دسته از آزمايش ها از يك چكش يا وزنه براي ضربه زدن به سطح سنگ استفاده مي شود و ارتفاع واجهش وزنه مقياسي براي سنجش سختي است. هرگونه رفتار پلاستيك يا تغيير شكل بر اثر ضربه، انرژي الاستيك  واجهش چكش را كاهش مي دهد.

 

◄   هدف آزمايش:

اين آزمايش براي تعيين سختي سنگ با استفاده از چكش اشميت در صحرا و يا آزمايشگاه بكار مي رود. با استفاده از اين سختي مي توان خصوصيات ديگر سنگ را مانند مقاومت فشاري آن، تخمين كرد. اين روش كه توسط انجمن بين المللي مكانيك سنگ ISRM به صورت استاندارد در آمده است. در مورد سنگ هاي خيلي نرم يا خيلي سخت داراي محدوديت هايي بوده است و نتايج قابل اطميناني ارائه نمي دهد

 

◄   وسايل مورد نياز:

      +   چكش اشميت

پلانژر(ميله چكش) روي نمونه قرار گرفته وبا فشار دادن چكش به سنگ، به داخل بدنه فرو مي رود. اين عمل باعث فشرده شدن فنر داخل چكش مي گردد. ضامن فنر در سطح انرژي تراكمي مشخصي آزاد شده و به وزنه اي كه بالاي پلانژر قرار دارد ضربه وارد مي كند. ارتفاع واجهش وزنه از روي خط كش قرائت مي شود و به عنوان مقياسي براي تعيين سختي استفاده مي شود. اين وسيله قابل حمل بوده و در همه جا قابل استفاده است. مدلهاي گوناگوني از چكش اشميت با سطوح انرژي متفاوتي ساخته شده است. براي مثال چكش نوع L انرژي ضربه اي معادل 74/0 نيوتن متر توليد مي كند.

      +   قاعده فولادي

قاعده فولادي به وزن حدودي 20 كيلوگرم كه نمونه را محكم در داخل خود نگه مي دارد. نمونه هاي استوانه اي شكل داخل يك غلافV شكل يا استوانه اي شكل با شعاعي برابر شعاع مغزه قرار مي گيرند.

      +   آنويل(سندان) فولادي استاندارد براي كاليبره كردن چكش.

نمونه مورد آزمايش بايد  معرف سنگ مورد مطالعه باشد. در صورت امكان بهتر است كه از قطعات بزرگتر براي آزمايش استفاده شود. چكش اشميت نوع بايد روي مغزه هاي (54 ميلي متر) يا بزرگتر و يا نمونه هاي بلوكي شكل كه هر ضلع آنها حداقل 6 سانتي متر باشد مورد استفاده قرار گيرد.

 

◄   مراحل انجام آزمايش:

الف)چكش اشميت قبل از هر آزمايش توسط يك آنويل (سندان) استاندارد، كاليبره مي شود. ميانگين ده قرائت روي آنويل استاندارد محاسبه شده و از آن براي تعيين ضريب تصحيح استفاده مي شود.

ب)سطحي از نمونه كه زير پلانژر قرار مي گيرد بايد كاملا صاف و پرداخته شده باشد (چه در صحرا و چه در آزمايشگاه). اين سطح و همچنين ماده سنگي زير آن از هر گونه ناپيوستگي موضعي مربوط به توده سنگ باشد.

پ)قطعات مجزا و سنگ را بايد محكم به يك پايه صلب بست تا نمونه در طي آزمايش از هرگونه تكان يا لرزش محفوظ باشد.

ت)مقدار سختي بدست آمده بستگي به راستاي قرار گيري چكش دارد. طبق پيشنهادISRM بهتر است كه چكش در يكي از سه وضعيت قائم به سمت بالا، افقي و يا قائم به سمت پايين قرار بگيرد.

در هر حالت مقدار انحراف چكش نبايد بيشتر از مثبت و منفي 5 درجه باشد. در صورتي كه امكان انجام آزمايش در هيچ يك از جهات ذكر شده نباشد مي توان آزمايش را با زاويه اي دلخواه انجام داد و سپس نتايج را براي حالات قائم و يا افقي تصحيح نمود. منحني تصحيح معمولا توسط كارخانه سازنده چكش ارائه مي شود. زاويه قرارگيري چكش و هرگونه تصحيح انجام شده روي نتايج بايد يادداشت و گزارش گردد.

ث)دست كم 20 آزمايش مجزا بايد روي هر نمونه سنگ انجام گيرد. نقاط مورد آزمايش بايد حداقل به اندازه قطر پلانژر از هم فاصله داشته باشند. درصورت ايجاد هرگونه درزه و ترك بر اثر ضربه وارده، نتايج آزمايش باطل و نمونه مربوطه براي آزمايش هاي بعدي غير قابل استفاده خواهد بود. وجود هرگونه خطا در آماده سازي نمونه و روش آزمايش باعث ايجاد مقادير پايين تر سختي مي شود.

 

◄   محاسبات:

ضريب تصحيح قرائت ها با توجه به كاليبراسيون چكش از رابطه زير بدست   مي آيد:

 

مقدار سختي استاندارد ويژه سندان

—————————————————————————–  = ضريب

تصحيح ميانگين 10 قرائت انجام شده روي سندان كاليبراسيون

 

براي تعيين سختي اشميت با توجه به اينكه احتمال وجود خطا در مقادير پايين بيشتر است، ابتدا نيمي از داده ها كه كمترين مقدار را دارند حذف شده و از بقيه داده ها ميانگين گرفته مي شود. اين ميانگين در ضريب تصحيح ضرب شده و عدد  حاصل به عنوان سختي واجهشي اشميت در نظر گرفته مي شود.با استفاده از سختي واجهشي اشميت ، مي توان بر اساس جداول ارائه شده توسط كارخانه سازنده و زاويه برخورد چكش به نمونه ، مقاومت فشاري سنگ را تخمين زد.

 

 

 

آزمايش 2

تعيين مقاومت فشاري تك محوره وتغيير شكل پذيري

UCS 3

هدف آزمايش:

اين آزمايش براي اندازه گيري مقاومت فشاري تك محوره ي نمونه هاي استوانه اي و رسم منحني هاي تنش-كرنش و همچنين محاسبه ي مدول يانگ و ضريب پواسون به كار ميرود.

آزمايش مقاومت فشاري تک محوري يا نا محصور مرسوم ترين آزمون آزمايشگاهي برا ي مطالعات مکانيکي سنگ بکر ميباشد که با وجود ظاهري ساده، انجام دقيق آن بسيار مشکل است ، اين آزمايش به عنوان آزمايش پايه در اکثر پروژه هاي مهندسي انجام گرفته و به ندرت اتفاق مي افتد که در پروژه اي مقاومت فشاري تک محوري مورد نياز نباشد. اگر چه اين آزمايش عمدتا به عنوان شاخصي براي مقايسه سنگ ها شناخته مي شود، ليکن کاربردهاي وسيع ديگري نيز در حل مسائل عملي مکانيک سنگ پيدا کرده است. مقاومت ماده سنگي يا سنگ بکر به عنوان يک پارامتر اصلي در اکثر سيستم هاي طبقه بندي توده سنگ مورد توجه قرار گرفته است. مقاومت ماده سنگ حد بالاي مقاومت توده سنگ مي باشد.

 آزمايش 3

تعيين مقاومت کششي غير مستقيم (روش برزيلي)

UCS 4

هدف آزمايش:

اين آزمايش براي تعيين مقاومت کششي نمونه هاي استوانه اي سنگ بکر به طور غير مستقيم به کار مي 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

1) فکهای بار گذاری قوسی شکل

2) نوار چسب کاغذی با ضخامت0.2 تا 0.4 میلیمتر و پهنای کمی بیشتر از نمونه

3) دستگاه اعمال و اندازه گیری بار فشاری .

نمونه ها

مغزهای مورد آزمایش حدّاقل قطر 54 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 10 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 گذاری0.2 کیلو نیوتن بر ثانیه است .

باید در ثبت ماکزیمم بار نهایت دقّت به کار رود زیرا اگر بار کمتر از 10 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 .

 آزمايش 4

مقاومت فشاري نمونه نامنظم (بارگذاري نقطه اي)

UCS 5

هدف آزمايش:

هدف از اين آزمايش تعيين يك شاخص مقاومتي مي باشد كه در طبقه بندي و خصوصيات سنگ استفاده مي گردد.

مقاومت بار نقطه‌اي محوري توسط دستگاهي با دو فک مخروطي شکل اندازه‌‌گيري مي‌شود.

مغزه استوانه‌اي شکل (با نسبت طول به قطر 1 تا 5/1) يا نمونه داراي شکل نامنظم (با نسبت ارتفاع به وزن حدودا 1 تا 5/1) بين دو فک مخروطي قرار مي‌گيرد و عمليات بارگذاري آغاز مي‌شود تا سنگ شکسته شود.

انديس بار نقطه‌اي (tlp) به صورت زير تعريف مي‌شود:

tlp = F / d2

در رابطه بالا، F مقدار باري است که سنگ توسط آن شکسته شده است و d فاصله بين دو فک مخروطي است.

علت در نظر گرفتن بار نقطه‌اي محوري به‌عنوان يکي از اطلاعات خروجي اين است که در تحقيقات به عمل آمده مشخص شده است که اين مقاومت با مقاومت فشاري تک محوره و مقاومت کششي برزيلي مرتبط است.

تمام اطلاعات ورودي و خروجي براي استفاده در شبکه عصبي، بايد به اعدادي بين صفر و يک تبديل شوند. اين کار با مطابقت دادن مقادير حداکثر و حداقل هر کدام از اين پارامترها به ترتيب با صفر و يک انجام مي‌گيرد.

(مقدار حداقل پارامتر _ مقدار حداکثر پارامتر) / (مقدار پارامتر _ مقدار حداکثر پارامتر ) = مقدار بين صفر و يک

جدول (1) مقادير حداکثر و حداقل داده‌هاي ورودي و خروجي مربوط به سنگ‌هاي مورد آزمايش را نشان مي‌دهد.

 

 آزمايش 5

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 100دقیقه 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. 

جدیدترین مطالب رو در ایمیل خود دریافت کنید

این مطلب را با دوستان خود به اشتراک بگذارید

اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp
اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin

شاید بپسندید

هنوز نظری ثبت نشده،نظر خود را ثبت کنید!


افزودن نظر

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

 ورود به حساب کاربری

عضویت

فرم گزارش

خواهشمند است، فرم را تکمیل و ارسال نمایید.

راهنمای دانلود

  • اگر نرم‌افزار مدیریت دانلود ندارید، قبل از دانلود هرگونه فایلی، یک نرم افزار مدیریت دانلود مانند IDM و یا FlashGet نصب کنید.
  • برای دانلود، به روی عبارت “دانلود” کلیک کنید و منتظر بمانید تا پنجره مربوطه ظاهر شود سپس محل ذخیره شدن فایل را انتخاب کنید و منتظر بمانید تا دانلود تمام شود.
  • در صورت بروز مشکل در دانلود فایل‌ها تنها کافی است در آخر لینک دانلود فایل یک علامت سوال ? قرار دهید تا فایل به راحتی دانلود شود.
  • فایل های قرار داده شده برای دانلود به منظور کاهش حجم و دریافت سریعتر فشرده شده‌اند، برای خارج سازی فایل‌ها از حالت فشرده از نرم‌افزار Winrar و یا مشابه آن استفاده کنید.
  • چنانچه در مقابل لینک دانلود عبارت بخش اول، دوم و … مشاهده کردید تمام بخش‌ها می‌بایستی حتماً دانلود شود تا فایل قابل استفاده باشد.
  • کلمه رمز جهت بازگشایی فایل فشرده عبارت www.mining-eng.ir می‌باشد. تمامی حروف را می بایستی به صورت کوچک تایپ کنید و در هنگام تایپ به وضعیت EN/FA کیبورد خود توجه داشته باشید همچنین بهتر است کلمه رمز را تایپ کنید و از Copy-Paste آن بپرهیزید.
  • چنانچه در هنگام خارج سازی فایل از حالت فشرده با پیغام CRC مواجه شدید، در صورتی که کلمه رمز را درست وارد کرده باشید. فایل به صورت خراب دانلود شده است و می‌بایستی مجدداً آن را دانلود کنید.