تعیین ثابت الاستیک توده‌سنگ با استفاده از مدلسازی عددی ناپیوسته و صحت‌سنجی نتایج آن با روابط تحلیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شاهرود

2 گروه آموزشی مهندسی معدن-دانشکده مهندسی معدن-دانشگاه صنعتی امیرکبیر-شهر تهران-ایران

چکیده

در این مقاله، تعیین ضرایب الاستیک توده‌سنگ‌های درزه‌دار با استفاده از روش عددی ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، مدلسازی محیط ناپیوسته توده‌سنگ حاوی دسته درزه‌ها با آرایش‌های مختلف (یک دسته درزه افقی، یک دسته درزه قائم، دو دسته درزه افقی و قائم، دو دسته درزه متعامد چرخش داده شده و دو دسته درزه غیرمتعامد) با استفاده از نرم‌افزار یودک (UDEC) انجام شده و با اعمال نوع خاصی از شرایط مرزی (تنش‌های مرزی)، مقادیر کرنش‌های ایجاد شده در مدل محاسبه شد. سپس، این نتایج در ماتریس‌های انطباق محیط معادل جایگذاری شده و ضرایب الاستیک توده‌سنگ شامل مدول الاستیک در جهات مختلف و نسب پواسون بصورت برگشتی محاسبه شد. بمنظور صحت سنجی این فرآیند، نتایج حاصل از محاسبات برگشتی ضرایب الاستیک توده‌سنگ معادل با استفاده از مدل عددی محیط ناپیوسته برای آرایش‌های خاص ناپیوستگی‌ها با روابط تحلیلی مقایسه شد. در نهایت، این روش برای تعیین ضرایب الاستیک توده‌سنگ آنیزتروپ تحت تنش محصور کننده (حالت فاقد راه‌حل‌ تحلیلی) تحت زوایای مختلف و ابعاد مختلف دامنه بکار گرفته شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می‌دهد که برای عمده آرایش‌های ناپیوستگی‌ها، انطباق بسیار خوبی بین ضرایب الاستیک محاسبه شده با روش برگشتی مبتنی بر مدلسازی ناپیوسته و روش‌های تحلیلی وجود داشته و در عمده موارد، خطای نسبی بین این دو روش بین 4 الی 6 درصد است. این انطباق حاکی از کارآیی محاسبات برگشتی مبتنی بر روش عددی ناپیوسته بوده و از این روش می‌توان برای تعیین ضرایب الاستیک توده‌سنگ معادل بویژه برای حالات فاقد روابط تحلیلی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of rock mass elastic constant using discontinuous numerical modeling and validation with analytical relations

نویسندگان [English]

  • Morteza Javadi 1
  • Mohammad Dadrasi Abi bigloo 2
1 Shahrood University of Technology
2 Department of Mining Engineering - Faculty of Mining Engineering - Amirkabir University of Technology - Tehran - Iran
چکیده [English]

In this paper, the determination of equivalent elastic properties of fractured rock masses has been studied using discontinuous numerical method. For this purpose, the discontinuous media of the jointed rock mass with different jointing patterns (including one horizontal joint set, one vertical joint set, two perpendicular horizontal and vertical joint sets, and two non-orthogonal joint sets) were modeled in UDEC software and the induced strain were calculated. Then, the elastic properties of rock mass were calculated by inserting strains obtained from numerical methods into compliance matrixes. In order to verify this procedure, the results of back calculated elastic properties of rock mass from numerical models were compared with those obtained from analytical solutions. Finally, the method of back calculated elastic properties of rock mass from numerical models was applied for confining stress boundary condition (the case without analytical solutions) under different rotation angle of discontinuities and scales. The results of this study show that there is a good consistency between the back calculated elastic properties of rock mass from numerical models and analytical solution; where the relative error is about 4% to 6% for most of the cases. This consistency indicates the accuracy of back calculated elastic properties of rock mass from numerical models and this method can be applied for other cases especially those without analytical solution. Application of this method for rock mass under confining stress (the case without analytical solution) indicates that the elastic properties highly depend to rotation angle.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Elastic properties of rock mass
  • Discontinuous numerical modeling
  • Analytical Solutions
  • Anisotropy
  • UDEC