بررسي آزمايشگاهي تأثير دما بر خصوصيات مكانيكي و مكانيزم شكست برشي سنگ‌ كربناته

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

سنگ‌ها تحت تأثير دما، تغييرات فيزيكي و مكانيكي نشان داده و مكانيزم شكست آن‌ها نيز تغيير مي‌كند. در اين ميان، دولوميت به‌عنوان سنگي با نفوذپذيري كم و حضور گسترده در لايه‌هاي عميق مخازن نفت و گاز و محل‌هاي دفن پسماندهاي هسته‌اي، در معرض تنش و دماي بالا نيز از اين قائده تبعيت مي‌كند. درك اثر دما و فشار محصوركننده بر خواص مكانيكي اين سنگ‌ها، براي تحليل پايداري سازه‌هاي زيرزميني نيز ضروري است. در اين پژوهش، با هدف بررسي رفتار مكانيكي سنگ دولوميت، آزمايش‌هاي برزيلي، تك‌محوره، سه‌محوره و مغزه كوتاه تحت فشار (SCC) تحت دماهاي 25، 275 و 525 درجه سانتي‌گراد انجام شدند. نتايج آزمون برزيلي نشان داد كه مقاومت كششي غيرمستقيم دولوميت با افزايش دما روندي صعودي داشته و نسبت به دماي 25 درجه، در دماهاي 275 و 525 درجه به ترتيب حدود 4/52 و 5/65 درصد افزايش يافته است. در آزمون تك‌محوره نيز ميانگين مقاومت فشاري از 5/86 مگاپاسكال در شرايط محيطي به‌ترتيب 33/31 و 1/64 درصد در دماهاي 275 و 525 درجه افزايش يافت . مدول الاستيك در دماي 275 درجه، حدود 8/47 درصد افزايش و در دماي 525 درجه، حدود 6 درصد كاهش نسبت به دماي محيط نشان داد. در آزمايش سه‌محوره، مقاومت فشاري با افزايش فشار محصوركننده و دما افزايش يافت كه ناشي از بسته‌شدن ريزترك‌ها و تراكم ساختار سنگ است. مدول الاستيك در دماي 275 افزايش و در دماي 525 درجه كاهش يافت كه مي‌تواند ناشي از آغاز تجزيه كربنات‌ها و تشكيل ريزترك‌هاي حرارتي باشد. آزمون SCC نيز نشان داد كه خواص مكانيكي شامل حداكثر بار، مقاومت فشاري، چقرمگي شكست و تنش برشي در دماي 275 درجه به‌ترتيب حدود 8/19، 9/18، 9/19 و 4/11 درصد افزايش داشتند كه بيشترين ميزان تقويت نسبت به شرايط اوليه محسوب مي‌شود. با افزايش دما تا 525 درجه سانتي‌گراد، مقدار حداكثر بار، مقاومت فشاري و چقرمگي شكست به‌ترتيب 8/0، 7/1، 5/2 درصد نسبت به دماي 275 درجه كاهش يافته كه ناشي از تخريب حرارتي است، در حالي كه تنش برشي به دليل افزايش زبري و قفل‌شدگي سطوح گسيختگي حدود 8/1 درصد افزايش مي‌يابد. به‌طوركلي، نتايج اين پژوهش نشان داد كه رفتار كششي، فشاري و برشي سنگ دولوميت تحت تأثير مستقيم تغييرات دمايي، ريزساختاري و ويژگي‌هاي فيزيكي سنگ است و افزايش دما تا 275 درجه موجب تقويت مقاومت و چقرمگي شكست مي‌شود كه مي‌تواند ناشي از خروج آب بين‌دانه‌اي، انسجام بيشتر، قفل‌شدگي ريزترك‌ها باشد در حالي كه در دماهاي بالاتر اثرات تخريب موضعي ناشي از حرارت ايجاد شده و باعث كاهش خواص مي‌شود. يافته‌هاي اين مطالعه مي‌تواند در تحليل پايداري مخازن دفن پسماندهاي هسته‌اي، توسعه پروژه‌هاي ژئوترمال، ذخيره‌سازي كربن، بهره‌برداري از مخازن نفت و گاز و طراحي سازه‌هاي زيرزميني در محيط‌هاي با دماي بالا مورد استفاده قرار گيرد.

236454

ژئوتكنيك

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان