مهدی حسینی
-
چقرمگی شکست یکی از مهم ترین خواص بتن است که شرایط گسترش ترک و درنهایت شکست بتن را کنترل می کند. در این تحقیق با استفاده ازآزمون روی دیسک برزیلی دارای ترک مستقیم، پیش بینی روند انتشار ترک و چقرمگی شکست در نمونه های بتن معمولی فاقد میکروسیلیس و پودرسنگ آهک و نمونه های بتن معمولی حاوی میکروسیلیس و پودرسنگ آهک بررسی شده است. میکروسیلیس جایگزین 10 درصد وزنی سیمان و پودر سنگ آهک جایگزین 5 درصد وزنی سیمان شده است. فرآیند گسترش ترک از شکاف های از پیش موجود در نمونه ها و همچنین چقرمگی شکست در حالت های I، II و حالت ترکیبی I-II بررسی شد. آزمایش چقرمگی شکست روی نمونه های دیسک برزیلی در زوایای 0، 15، 28/83، 45، 60، 75 و 90 درجه نسبت به راستای ترک از پیش موجود انجام شده است. پس از مطالعات آزمایشگاهی مشخص گردید که شروع ترک های باله ای در زوایای کم تر از 60 درجه (60<α<0)، از نوک ترک از پیش موجود اتفاق می افتد و با ادامه ی بارگذاری مسیر رشد و انتشار ترک به راستای بارگذاری نزدیک می شود. این در حالی است که برای زوایای 60 درجه و بزرگ تر از آن، شروع ترک با فاصله d از نوک ترک آغاز می گردد. این فاصله در نمونه های بتن معمولی فاقد میکروسیلیس و پودر سنگ آهک بیشتر از نمونه های بتن معمولی حاوی میکروسیلیس و پودر سنگ آهک است. نمونه های حاوی میکروسیلیس و پودر سنگ آهک چقرمگی شکست حالت I، II و ترکیبی I-II بالاتری را نسبت به نمونه های فاقد میکروسیلیس و پودرسنگ آهک دارد.کلید واژگان: میکروسیلیس، پودرسنگ آهک، چقرمگی شکست، بتن، دیسک برزیلیFracture toughness is one of the most important properties of concrete that controls the conditions for crack propagation and ultimately concrete failure. This research uses the Brazilian disk test to prediction of crack propagation and fracture toughness in ordinary concrete samples without micro-silica and lime powder and ordinary concrete samples containing micro-silica and lime powder has been investigated. Micro-silica replaces 10% by weight of cement and limestone powder replaces 5% by weight of cement. The crack propagation process was investigated from pre-existing cracks in the specimens as well as fracture toughness in modes I, II and hybrid mode I-II. Fracture toughness tests have been performed on Brazilian disk specimens at angles of 0, 15, 28.83, 45, 60, 75 and 90 degrees relative to the pre-existing crack direction. After laboratory studies, it was found that the onset of fin cracks at angles less than 60 degrees (0 <α <60) occurs from the pre-existing crack tip and approaches the loading direction by continuing to load and propagate the crack path. However, for angles of 60 degrees or greater, the crack starts at a distance d from the tip of the crack. This distance is more in ordinary concrete samples without micro-silica and limestone powder than in ordinary concrete samples containing micro-silica and limestone powder. Samples containing micro-silica and limestone powder have higher fracture toughness of modes I, II and mixed state (I-II) than samples without micro-silica and limestone powder.Keywords: Micro-silica, Limestone Powder, Fracture Toughness, Concrete, Brazilian disk
-
This work investigates the effect of adding micro-silica as a pozzolan and a replacement for part of concrete cement when placing concrete in an acidic environment. Two types of ordinary concrete and concrete-containing micro-silica are constructed. The specimens are subjected to 0, 1, 5, and 10 cycles for two hours inside two types of acidic water containing sulfuric and nitric acid with pH = 3 and normal water with pH = 7. Mechanical properties including Brazilian tensile strength and uniaxial compressive strength, and physical properties including effective porosity, water absorption, and the longitudinal wave velocity of specimens are determined after the mentioned number of cycles. Thr results show that by decreasing the pH and increasing the number of cycles, the effective porosity and water absorption increase, and the velocity of longitudinal waves, Brazilian tensile strength, and uniaxial compressive strength of concrete decrease. Replacing 10% of micro-silica as a part of concrete cement has boosted the durability of concrete in corrosive conditions containing sulfuric and nitric acid more than ordinary concrete.
Keywords: Nitric, sulfuric Acid, Corrosive Condition, Physico-mechanical properties, Concrete, Micro-Silica -
بنابراین در مناطقی که احتمال رخ دادن فرآیند یخبندان-ذوب است ضروری است تا تاثیر چرخه های متعدد یخبندان - ذوب بر روی ویژگی های فیزیکی و مکانیکی مصالح در نظر گرفته شود. دراین پژوهش به بررسی تاثیر فرآیند یخبندان-ذوب روی چقرمگی شکست مود Ι وΠ و پارامترهای مقاومتی سنگ تراورتن پرداخته شده است. بدین منظور، برای بررسی اثر چرخه های یخبندان-ذوب بر چقرمگی شکست مود Ι وΠ، نمونه ها تحت 0، 1، 4، 8، 16، 32 و64 چرخه یخبندان-ذوب قرار گرفته، و چقرمگی شکست مود Ι وΠ در چرخه های مختلف بررسی شده است. برای بررسی اثر یخبندان-ذوب روی پارامترهای مقاومتی سنگ تراورتن، نمونه ها تحت فشارمحصورکننده 0، 2/5 و5 مگاپاسکال قرارگرفته اند. همچنین برای بررسی و ارزیابی دقیق تر تغییرات ساختاری نمونه ها در اثر اعمال چرخه های یخبندان- ذوب مطالعات میکروسکوپی نیز انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش تعداد چرخه های یخبندان- ذوب چقرمگی شکست مود Ι و Π بصورت نمایی کاهش می یابد. چقرمگی شکست مود I تراورتن سفید و قهوه ای بعد از 64 سیکل نسبت به سیکل صفر به ترتیب 35/48 و 37 درصد و چقرمگی شکست مود II تراورتن سفید و قهوه ای بعد از 64 سیکل نسبت به سیکل صفر به ترتیب 45/75 و 50 درصد کاهش یافت. مقاومت فشاری سه محوری، مقاومت فشاری تک محوری، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی با افزایش تعداد سیکل یخبندان- ذوب نسبت به سیکل صفر نیز کاهش می باید. مطالعات میکروسکوپی نشان می دهد، میکروترک های موجود درسنگ در اثر چرخه های یخبندان- ذوب گسترش یافته و ترک های جدید به وجود آمده است.کلید واژگان: چرخه انجماد، ذوب، چقرمگی شکست، مود، و مود &Pi، پارامترهای مقاومتی، سنگ تراورتنTherefore, the effect of the freeze-thaw process on the physical and mechanical properties of materials should be taken into account in areas with the risk of this process. In this study, the effect of freezing-thawing process on the mode I and mode II fracture toughness and the strength parameters of travertine have been investigated. For this purpose, to investigate the effect of freeze-thaw process on the mode I and mode II fracture toughness, the specimens were affected by 0, 1, 4, 8, 16, 32 and 64 freeze-thaw cycles and the fracture toughness of the specimens using cracked chevron notched Brazilian disc was determined. To investigate the effect of freeze-thaw on the strength parameters of travertine, the samples were subjected to confining pressure of 0, 2.5 and 5 MPa. Also, microscopic studies were performed to more accurately evaluate and evaluate the structural changes of the samples due to the application of freeze-thaw cycles and their texture changes. The results show that with increasing the number of freeze-thaw cycles, the mode I and mode II fracture toughness decreases exponentially and also, cohesion and internal friction angle decrease. And microscopic studies show that the microcracks in the rock have expanded due to freeze-thaw and new cracks have formed.Keywords: freeze - thaw cycle, Fracture Toughness, the mode I, mode II, strength parameters, travertine rock
-
کاربرد روزافزون بتن و دسترسی آسان به این مصالح سبب شده است در محیط های متنوعی استفاده شود. سازه های بتنی در محیط هایی با درصد خورندگی بالا، دچار خسارات های غیرقابل جبران می شوند. از این رو، مطالعه برروی بتن و ارتقای قابلیت های آن که در این شرایط مساعد باشد، اهمیت بسزایی دارد. این پژوهش با هدف مطالعه تاثیر شرایط خورندگی ناشی از یون کلر و نمک سولفات سدیم بر روی بتن حاوی ماده افزودنی پودر زیولیت و همچنین میکروسیلیس نسبت به بتن معمولی انجام شده است. پس از ساخت سه نوع بتن شامل بتن معمولی، بتن حاوی پودر زیولیت و بتن حاوی میکروسیلیس، خواص فیزیکی سه نوع بتن شامل تخلخل موثر، درصد افت وزنی، میزان جذب آب و سرعت امواج طولی و همچنین خواص مکانیکی شامل مقاومت فشاری تک محوری و مقاومت کششی برزیلی بتن ها مورد بررسی قرار گرفته است. بتن های پوزولانی با میزان جایگزینی 10 درصد پودر زیولیت و یا میکروسیلیس به جای سیمان بتن به مدت 15 روز در محیط خورنده نمک سولفات سدیم و یون کلر قرار گرفت و نتایج حاصل با شرایط آب غیرخورنده مقایسه شد. نتایج حاصل از این مطالعه داد که بتن های حاوی پوزولان میکروسیلیس و یا پودر زیولیت در شرایط محیطی خورنده و غیرخورنده نسبت به بتن معمولی عملکرد بهتری داشتند به نحوی که در نمونه های حاوی پوزولان اعم از میکروسیلیس و پودر زیولیت، تخلخل موثر و میزان جذب آب کاهش و سرعت امواج طولی، مقاومت کششی برزیلی و مقاومت فشاری تک محوری نسبت به بتن معمولی افزایش یافته است. در محیط خورنده، کاهش مقاومت کششی برزیلی بتن معمولی، بتن حاوی میکروسیلیس و بتن حاوی زیولیت به ترتیب 07/8، 29/1 و 48/0 درصد و کاهش مقاومت فشاری تک محوری بتن معمولی، بتن حاوی میکروسیلیس و بتن حاوی زیولیت به ترتیب 20/15، 23/3 و 22/1 درصد نسبت به شرایط آب غیرخورنده است. نتایج آزمایش حاکی از آن است که عملکرد بتن حاوی زیولیت در شرایط خورنده و غیرخورنده از سایر بتن ها بهتر است.کلید واژگان: بتن، میکروسیلیس، پودر زئولیت، خواص فیزیکی- مکانیکی، شرایط خورندهThe increasing use of concrete and easy access to these materials has led to its use in a variety of environments. Concrete structures in areas with high corrosion rates cause irreparable damages. Therefore, studying concrete and improving its capabilities, which is favorable in these conditions, is very important. In this study, the effect of corrosion conditions caused by chlorine ion and sodium sulfate salt on concrete containing zeolite powder and micro silica as an alternative to the weight percentage of concrete cement has been investigated. In this study, after creating three types of ordinary concrete, concrete containing zeolite powder and concrete containing micro-silica, physical properties of concrete including effective porosity, weight loss percentage, water absorption, and longitudinal wave velocity, as well as mechanical properties including uniaxial compressive strength and Brazilian tensile strength concrete has only been studied. In this study, pozzolanic concrete with a percentage of replacing 10% of zeolite powder or micro-silica instead of cement; Sodium sulfate and chlorine ion were set in a corrosive medium for 15 days, and the results were compared with non-corrosive water conditions. The results of this study show that concretes containing pozzolanic micro-silica or zeolite powder performed better in corrosive and non-corrosive environmental conditions than ordinary concrete. In samples containing pozzolans including micro-silica and zeolite powder with effective porosity, water absorption decreased, and longitudinal wave velocity, tensile and compressive strength increased compared to ordinary concrete. Also, in the presence of corrosive water conditions containing chlorine ion and sodium sulfate salt, concrete containing zeolite powder had the best performance compared to the two types of ordinary concrete and concrete containing micro-silica.Keywords: Concrete, Micro-silica, Zeolite Powder, Physical, mechanical properties, Corrosive conditions
-
چقرمگی شکست یکی از مهمترین خواص بتن است که شرایط گسترش ترک و در نهایت شکست بتن را کنترل میکند؛ بتن، به عنوان پرکاربردترین مصالح در مهندسی عمران بوده که معمولا ارزانترین و رایجترین مصالح موجود را در خود دارد. ازاین رو به سبب بروز ترک و شکستگی میتواند خسارتهای جبرانناپذیری را به بار آورد. به این منظور در سالهای اخیر با ساخت بتنهای الیافی مسلح، تا حدود زیادی ضعفهای مذکور در آن بهبود یافته است. در این مقاله با استفاده از روش آزمون روی دیسک برزیلی دارای ترک مستقیم (BD)پیش بینی روند انتشار ترک و چقرمگی شکست در نمونه های مختلف بتنی بررسی شده است. این نمونه ها شامل بتن معمولی فاقد میکروسیلیس و پودرسنگ آهک و نمونه های با درصدهای حجمی مختلف الیاف شامل نمونه های بتنی دارای 35/0درصد الیاف تکی پلیپروپیلن، نمونه های بتنی دارای 35/0 درصد الیاف تکی شیشه، نمونه های بتنی دارای الیاف ترکیبی پلی پروپیلن و شیشه دارای17/0 درصد پلیپروپیلن و 18/0 درصد شیشه و نمونه های بتنی دارای الیاف ترکیبی پلی پروپیلن و شیشه دارای1/0 درصد پلیپروپیلن و 25/0 درصد شیشه می شود. در همه نمونه های بتن مسلح الیافی، میکروسیلیس جایگزین 10 درصد وزن سیمان و پودرسنگ آهک جایگزین 5 درصد وزن سیمان شده است. فرآیند گسترش ترک از شکافهای از پیش موجود در نمونه ها و همچنین چقرمگی شکست در حالتهای I ،II و حالت ترکیبی II-I محاسبه شد. آزمایش دیسک برزیلی بر روی نمونه های مورد مطالعه در زوایای انحراف ترک 0 ،15 ،83/28 ،45 ،60 ،75 و 90 درجه انجام شده است. پس از مطالعات آزمایشگاهی مشخص گردید که شروع ترکهای بالهای در زوایای کمتر از 60 درجه (60<α<0) از نوک ترک از پیش موجود اتفاق میافتد و با ادامهی بارگذاری مسیر رشد و انتشار ترک به راستای بارگذاری نزدیک میگردد. این در حالی است که برای زوایای 60 درجه و بزرگتر از آن، شروع ترک با فاصله d از نوک ترک آغاز میگردد. این فاصله در نمونه های فاقد الیاف بیشتر از نمونه های حاوی الیاف است. نمونه های دارای الیاف ترکیبی شامل 17/0 درصد الیاف پلی پروپیلن و 18/0 درصد الیاف شیشه و حاوی میکروسیلیس و پودر سنگ آهک بیشترین چقرمگی شکست مود I ،II و ترکیبی II-I را نسبت به سایر نمونه های بتنی دارد.
کلید واژگان: چقرمگی شکست، میکروسیلیس، پودر سنگ آهک، الیاف ترکیبی شیشه و پلی پروپیلن، مود ترکیبی II-IFracture toughness is an important concrete property that controls crack extension and concrete fracture. Concrete is the most widely used material in civil engineering containing the most conventional and cheapest materials. Accordingly, cracks and fractures may cause irreparable damages. To this end, fibre-reinforced concretes have been recently constructed in order to overcome the aforementioned weaknesses. Crack propagation and fracture toughness of various concrete specimens are analyzed by the straight notched Brazilian disc (SNBD) test. The specimens are conventional concrete lacking micro-silica and limestone powder, and those containing various volume percentages of fibers including the concrete specimens containing 0.35% individual polypropylene (PP) fibers, 0.35% individual glass fibers, concrete specimens containing 0.17% PP and 0.18% glass fibers, and concrete fibers containing 0.1% PP and 0.25% glass fibers. Micro-silica has replaced 10 wt% cement in all fiber-reinforced concrete specimens, and limestone has replaced 5 wt% cement. Crack extension from the pre-existing cracks in the specimens and mode I, mode II, and mixed-mode fracture toughness are calculated. The BD test is performed on the specimens at the crack inclination angles of 0°, 15°, 28.83°, 45°, 60°, 75°, and 90°. The experimental results show the initiation of wing cracks at angles less than 60° (0 < α < 60°) from the tip of the pre-existing cracks. The crack growth and propagation path approach the loading direction by continuing loading. However, the cracks are initiated at a distance of d from the crack tip at angles larger than 60°. The observed distance is larger in the fiber-less specimens than in the fiber-reinforced specimens. The concrete specimens reinforced by 0.17% PP and 0.18% glass hybrid fibers containing micro-silica and limestone powder showed the highest mode I, mode II, and mixed-mode fracture toughness compared to the other concrete specimens.
Keywords: Fracture toughness, Microsilica, Limestone powder, Glass, polypropylene hybrid fibres, Mixed Mode -
Concrete is among the widely used materials in all industries and mineral and civil activities worldwide, highlighting its significance. Most natural and non-natural phenomena can influence the concrete's physical and mechanical properties, causing many irreparable damages. Acid rain is a natural inevitable phenomenon, particularly in industrial zones with high pollution percentages.This work investigates the effect of acid rain on the concrete specimens containing micro-silica and limestone powder. To this end, the concrete specimens are divided into six groups. Throughout this paper, CN represents the concrete without micro-silica and limestone powder under no-rain conditions, CO is the concrete without micro-silica and limestone powder under normal rain conditions, CA is the concrete without micro-silica and limestone powder under acid rain conditions, CMLN is the concrete containing micro-silica and limestone powder under no-rain conditions, CMLO is the concrete containing micro-silica and limestone powder under normal rain conditions, and CMLA shows the concrete containing micro-silica and limestone powder under acid rain conditions. The measured physical properties are the effective porosity, dry density, water absorption, and velocity of longitudinal waves. The mechanical properties including the Brazilian tensile strength, uniaxial compressive strength, triaxial compressive strength, cohesion, and internal friction angle are also measured. For the samples of CN and CMLN, they are tested under no rainfall conditions, whereas the samples of CA and CMLA are tested after 20 cycles of acid rain (pH = 2). The samples of CO and CMLO are also tested after undergoing 20 normal rain cycles (urban water with pH = 7). In each test cycle, there is 1 hour of rain and 1 hour of no rain. The results obtained show that adding micro-silica and limestone powder improves its properties so that the decrease in the effective porosity, longitudinal wave velocity, dry unit weight, water absorption, Brazilian tensile strength, uniaxial compressive strength, cohesion, and internal friction angle of the specimens of CMLA is less than those for the specimens of CA.
Keywords: Acid rain, Concrete, Microsilica, Limestone powder, Physical, Mechanical Properties -
در این پژوهش اثر درجه حرارت و تعداد سیکل های گرم شدن - خنک شدن روی چقرمگی مود ترکیبی (I-II) بتن مورد بررسی قرارگرفته است. در سری اول آزمایشات، اثر درجه حرارت در یک سیکل گرم شدن- خنک شدن در دماهای محیط، 60، 150، 200، 300، 500، و 700 درجه سانتیگراد انجام شده و مشاهده می گردد که بیشترین و کمترین میزان چقرمگی شکست مود ترکیبی به ترتیب در دمای 150 و 700 درجه سانتیگراد می باشد. سری دوم آزمایشات که اثر تعداد سیکل های گرم شدن - خنک شدن بر روی چقرمگی شکست مود ترکیبی بتن در دمای 150 درجه و تحت زاویه انحراف 45 درجه بوده نشان می دهد که در سیکل اول، چقرمگی شکست افزایش و با افزایش تعداد سیکل های گرم شدن - خنک شدن میزان چقرمگی شکست مود ترکیبی کاهش می یابد. همچنین اثر زاویه بارگذاری نسبت به امتداد ترک در زوایای 0، 15، 28/8، 45، 60، 75 و 90 درجه بر روی چقرمگی شکست بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که در بتن با افزایش زاویه انحراف ترک، مقدار موثر چقرمگی شکست مود ترکیبی (I-II) افزایش می یابد و با افزایش زاویه انحراف ترک، چقرمگی شکست مود II تا زاویه 45 افزایش و بعد از آن کاهش می یابد در ضمن با افزایش زاویه انحراف ترک تغییر مود شکستگی از مود I در زاویه انحراف 0 درجه به مود ترکیبی (کشش - برش) برای زاویه انحراف کمتر از 28/8 درجه اتفاق می افتد. برای زاویه انحراف ترک بیش از 28/8درجه مود شکست از مود ترکیبی کشش- برش به مود ترکیبی فشار-برش تغییر می کند.
کلید واژگان: چقرمگی شکست، سیکل گرم شدن - خنک شدن، مود ترکیبی، بتن، زاویه انحراف ترکIn this research, the effects of temperature and number of heating–cooling cycles on the mode I, mode II and the effective value of the mixed-mode I-II fracture toughness of concrete were investigated. In the first series, the effect of temperature was studied in a heating–cooling cycle at ambient temperature (25°C) and 60, 150, 200, 300, 500, and 700°C. The highest and lowest mode I, mode II and the effective value of the mixed-mode I-II fracture toughness were, respectively, observed at 150 and 700°C. In the second series of tests, the effect of number of heating–cooling cycles was investigated on the mode I, mode II and the effective value of the mixed-mode I-II fracture toughness of concrete specimens at 150°C and a crack inclination angle of 45°. According to the results, the mode I, mode II and the effective value of the mixed-mode I-II fracture toughness increased in the first cycle and decreased with increasing the number of heating–cooling cycles. As the crack inclination increased, the effective value of the mixed-mode I-II fracture toughness of the concrete specimens increased. The mode II fracture toughness increased up to a crack inclination angle of 45° and then decreased. Moreover, with increasing the crack inclination angle, the mode I fracture at the inclination angle of 0° was changed into the mixed-mode (tension–shear) fracture at inclination angles smaller than 28.8°. The mixed-mode tension–shear fracture was changed into the mixed-mode compressive–shear fracture at crack inclination angles larger than 28.8°.
Keywords: Fracture Toughness, heating–cooling cycle, Mixed-mode, Concrete, crack inclination angle -
سنگ ها در محیط های سرد معمولا در معرض شرایط انجماد و ذوب قرار می گیرند. فرایند انجماد- ذوب یکی از مهم ترین و قدرتمندترین عامل هوازدگی از نوع فیزیکی می باشد که خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ ها را تحت تاثیر قرار می دهد و باعث کاهش دوام و پایداری سنگ می شود .در این تحقیق تاثیر دمای انجماد در یک سیکل انجماد - ذوب با سه دمای انجماد 20- ، 40- ، 60- بر روی نفوذپذیری، مقاومت کششی، مقاومت تراکم تک محوری، مدول الاستیسیته، مقاومت تراکم سه محوری در فشارهای محصور کننده 3 ، 5 و 7 مگاپاسکال، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی نمونه های ماسه سنگ سازند لالون منطقه لوشان، بررسی و تاثیرات دمای انجماد بر روی خواص ذکر شده مطالعه شده و با خواص نمونه هایی که سیکل انجماد- ذوب را تحمل نکرده اند مقایسه شد. نتایج بدست آمده حاکی از این بود که باکاهش دما در یک سیکل انجماد- ذوب، مقاومت کششی، مقاومت تراکم تک محوری، مقاومت تراکم سه محوری، چسبندگی و مدول الاستیسیته کاهش و نفوذپذیری افزایش می یابد.
کلید واژگان: دمای انجماد، انجماد - ذوب، خواص فیزیکی، خواص مکانیکی، ماسه سنگRocks in cold environments are usually exposed to freezing and thawing conditions. The freeze–thaw process is one of the most important and intense physical weathering processes that affects the physical and mechanical properties of rocks by reducing the durability and stability of rocks. In this study, the effect of freezing temperature in a freeze–thaw cycle with three freezing temperatures of -20, -40, -60 on permeability, tensile strength, uniaxial compressive strength, modulus of elasticity, triaxial compressive strength at confining pressures 3, 5 and 7 MPa, cohesive and internal friction angle of sandstone samples of Lalon formation in Lushan region was investigated and the effects of freezing temperature on the mentioned properties were studied and compared with the properties of samples that did not undergo the freeze–thaw cycle. The results showed that with decreasing freezing temperature in a freeze–thaw cycle, tensile strength, uniaxial compressive strength, triaxial compressive strength, cohesive and modulus of elasticity decrease and permeability increases.
Keywords: freezing temperature, freeze–thaw, physical properties, mechanical properties, Sandstone -
The purpose of this work is to investigate the possibility of using mine wastes in the improvement of concrete properties. This research work investigates the physical and mechanical properties of the concrete specimens. These concrete specimens include concrete-lacking fibres, micro-silica and limestone powder (C), concrete-containing glass fibres without micro-silica and limestone powder (GC), concrete-containing micro-silica and limestone powder without fibres (CML), and concrete-containing glass fibres, micro-silica, and limestone powder (CGML). The physical and mechanical properties including the effective porosity, longitudinal wave velocity, water absorption, unit weight, tensile strength, uniaxial compressive strength, triaxial compressive strength, cohesion, and internal friction angle are investigated. The results obtained show that adding glass fibres to the concrete (GC) improve its properties compared to the fibre-less concrete (C). However, the properties of GC are improved significantly less than CGML. The Brazilian tensile strength and uniaxial compressive strength of GC increase by 13.6% and 10.95% relative to C. The Brazilian tensile strength and uniaxial compressive strength of CGML increase by 21.8% and 45.94% relative to C. Finally, it can be concluded that adding the micro-silica and limestone powder to the glass fibre concrete as well as the use of mine wastes also significantly improves the properties of the concrete.
Keywords: Concrete, Microsilica, Limestone powder, Glass fibres, Physical, Mechanical Properties -
میزان تولید چاه های نفتی تابع پارامترهای متعدد مخزنی از جمله تراوایی سنگ است. شکستگی ها نقش مهمی در تراوایی سنگ دارند. چنانچه بتوان در سنگ مخزن شکستگی های مصنوعی ایجاد کرد تراوایی آن به شدت افزایش خواهد یافت. شکافت هیدرولیکی مهم ترین روشی است که به منظور ایجاد شکستگی های مصنوعی و افزایش تولید نفت و گاز در چاه ها صورت می گیرد. در این تحقیق چاه نفت و محیط اطراف آن که در یک مخزن کربناته در مناطق نفت خیز جنوب حفر شده در دو حالت بدون ایجاد تنش حرارتی و با در نظر گرفتن تنش حرارتی از طریق نرم افزار Abaqus مدلسازی می شود و اثر تنش حرارتی روی فشار شکست بررسی می شود. در نهایت پس از حل مدل فشار شکست بدست می آید و اثر تنش حرارتی روی فشار شکست بررسی می شود. نتایج نشان می دهد با ایجاد تنش حرارتی می توان فشار شکست در عملیات شکست هیدرولیکی را کاهش داد. برای صحت سنجی مدلسازی عددی از داده های فشار شکست هیدرولیکی که از روش آزمایشگاهی بدست آمده اند، کمک گرفته شد و نتایج مدلسازی عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد.کلید واژگان: شکست هیدرولیکی، فشار شکست، تنش حرارتی، مدلسازی عددی، نرم افزار آباکوسThe production of oil wells is a function of several parameters, such as permeability. Fractures play an important role in rock permeability. If artificial fractures occur in the reservoir, its efficiency will increase. Hydraulic fracturing is the most important method used to create artificial fractures and increase oil and gas production in wells. In this research, the oil reservoir was modeled in two modes without creating thermal stress and considering the thermal stress through Abaqus software and the effect of thermal stress on the fracture pressure was investigated. Finally, after solving the model, the fracture pressure is obtained pressure and the effect of thermal stress on the fracture pressure is investigated. According to the results, by creating thermal stress, the fracture pressure in hydraulic fracturing can be reduced. Laboratory results was used to validate the model and the results of numerical modeling in this case are compared with laboratory results.Keywords: Hydraulic fracturing, fracture pressure, thermal stress, Numerical modeling, ABAQUS software
-
در عملیات آتشکاری در تونل ها، بروز عقب زدگی ناشی از انرژی زیاد مواد منفجره مشکلات فراوانی را به دنبال دارد. در این پروژه سعی می شود با اجرای آتشکاری کنترل شده به روش پیش شکافی در یکی از تونل های پیشروی معدن مس چهل کوره زاهدان، مشکلات بوجود آمده در اثر اجرای آتشکاری به روش غیر کنترلی تا حد زیادی برطرف شود. بمنظور طراحی الگوی آتشکاری در مقطع تونل روش های «تیوری انتقال انرژی» و «نیترونوبل(سویدی)» با چال های موازی و زاویه ای بررسی شد که در نهایت الگوی آتشکاری براساس «تیوری انتقال انرژی» با چال های موازی به عنوان طرح نهایی انتخاب و الگوی چال های کنترلی نیز به روش «پیش شکافی» طراحی شد. سرانجام طرح پیشنهادی در تونل پیشروی معدن چهل کوره اجرا شد. مشاهده نتایج آتشکاری بر اساس طرح پیشنهادی نشان داد که سطح سینه کار و سقف و دیواره ها ، نسبت به اجرای آتشکاری بر اساس طرح فعلی، بسیار صاف تر ایجاد شده اند که این امر موجب انطباق بیشتر و بهتر واحد های نگه داری با دیواره و سقف و جلوگیری از افزایش تمرکز تنش برآنها می شود. جهت ارزیابی عملکرد آتشکاری کنترل شده پیش شکافی بصورت کمی از فاکتور QCB استفاده شد که پس از بکارگیری فاکتور مذکور عملکرد آتشکاری کنترل شده در تونل پیشروی معدن چهل کوره بر اساس طرح پیشنهادی، عالی ارزیابی شد.
کلید واژگان: آتشکاری کنترل شده، پیش شکافی، تونلسازی، معدن، مس چهل کورهIn blasting operations in tunnels, the occurrence of back break caused by the high energy content of explosives leads to many problems. In this project, it is tried to solve the problems caused by non-controlling blasting by controlled blasting in a pre-splitting method in one of the march tunnels of the chehel Kooreh mine in Zahedan. In order to design the blasting pattern in the tunnel section, the "theory of energy transfer" and "nitronobel (Swedish) methods" were investigated with parallel and angular holes, which ultimately led to a blast pattern based on the "energy transfer theory" with parallel holes as the final design of the selection And the control hole pattern was also designed in a "pre-splitting" manner. Finally, the proposed design was implemented in the march tunnel of the Chehel kooreh mine. Finding the results of the blasting on the basis of the proposed design showed that the face and the roof and walls were much more smooth than the blasting based operation according to the current design, which would result in more and better matching of the units with the walls and roof And preventing increased stress concentration on them. To evaluate the pre-splitting controlled blasting performance, the QCB factor is used quantitatively, after which the factor was used, the controlled blasting performance of the Chehel kooreh mine march tunnel was excellent based on the proposed design.
Keywords: controlled blasting, pre-splitting, tunneling, mine, Chehel kooreh copper mine -
یکی از راهکارهای مهم برای مقابله با ناپایداری دیواره چاه تعیین فشار بهینه گل حفاری است. فشار گل باید به قدری کافی باشد که نسبت به میزان تنش موجود در خلل و فرج سازند برتری داشته باشد و به میزانی باشد که چاه از شکستگی های کششی که در اثر فشار زیاد گل ایجاد می شوند و همچنین شکستگی های برشی که به دلیل فشار گل کم صورت می گیرد ایمن باشد. این مطالعه با هدف بدست آوردن رابطه ای برای تخمین فشار بهینه گل حفاری در چاه های مناطق نفت خیز جنوب ایران انجام شده است. برای رسیدن به این هدف ابتدا یک سری اطلاعات چاه های نفت در مناطق نفت خیز جنوب ایران جمع آوری شده و سپس با استفاده از نرم افزار FLAC2D که یک برنامه عددی بر مبنای روش تفاضل محدود است، به مدلسازی چاه نفت پرداخته شده و پایداری چاه نفت در دو حالت تحت تعادل و بالای تعادل مورد بررسی قرار گرفته شده است. در نهایت برای تحلیل پایداری و تعیین فشار بهینه گل حفاری در روش الاستوپلاستیک از روش تعیین سطح نرمالیزه (NYZA) استفاده شده است که در هر مرحله فشار بهینه گل حفاری محاسبه و در نهایت به کمک نرم افزار SPSS رابطه ای از طریق رگرسیون خطی چند متغیره ارایه شده است. این رابطه یک رابطه خطی می باشد که در آن فشار بهینه گل حفاری توسط پارامترهای تنش های افقی حداقل و حداکثر، فشار منفذی، زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی تخمین زده می شود.
کلید واژگان: پایداری چاه، نفت، فشار بهینه گل حفاری، مناطق نفت خیز جنوب، روش NYZAOne of the most important ways to cope with this problem the instability of the well wallis to determine the optimal drilling mud pressure. The pressure of the mud should be so high that it is in proportion to the amount of tension in the pores and pockets, and to the extent that the well after the large tensile fractures caused by the high pressure of the mud, as well as the shear fractures due to low pressure It will be safe. The aim of this study was to obtain a relationship to estimate the optimal drilling mud pressure in wells in the oil-rich regions of southern Iran. To achieve this goal, information of a number of oil wells was collected in the oil fields of southern Iran and then, using FLAC2D software, a limited-scale numerical program limited to oil wells, oil wells were analyzed in two Equilibriums and equilibriums modes have been investigated. Ultimately, for determination of the stability of the optimum drilling mud in the elastoplastic method, the method of determining the normalized level of NYZA has been used. In each step, optimal drilling mud pressure is calculated and finally, a correlation is presented using SPSS software through multivariate linear regression. This relationship is a linear relationship in which the optimal drilling mud pressure is estimated by parameters of minimum and maximum horizontal tensions, pore pressure, internal friction angle and adhesion.
Keywords: well stability, Oil, Optimal drilling mud pressure, Southern oil fields, NYZA method -
توده سنگ به طور فزاینده ای به عنوان بستر در گستره وسیعی از فعالیت های انسانی مورد استفاده قرار می گیرد. امکانات مختلف مانند انبارهای ذخیره سازی، چاه ها، تونل ها و نیروگاه های زیرزمینی در شرایط مختلف مکانیک سنگی در انواع مختلف سنگ بستر قرار دارند. سنگ ها مواد طبیعی شکننده می باشند که تحت تاثیر عوامل محیطی زیادی از قبیل دما ، فشار محصور کننده، رطوبت و فرسایش قرار دارند. از این بین، تاثیر فشارمحصورکننده بر روی شکست سنگ در بیشتر زمینه های علوم مهندسی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله این موارد می توان به تعیین مقاومت سازه های سنگی برای انباشت ضایعات اتمی در مخازن زیرزمینی، فرآیند شکست هیدرولیکی جهت استخراج نفت و گاز از لایه های مختلف زمین و تحلیل پایداری معادن زیرزمینی اشاره کرد. در این مقاله به بررسی تاثیر فشارمحصورکننده بر روی چقرمگی شکست مود I و مود II سنگ، پرداخته شده است. برای بررسی اثر فشارمحصورکننده بر روی چقرمگی شکست مود I و II، از دیسک برزیلی با ترک چورون استفاده شده است. در این پژوهش، نمونه ها تحت فشارمحصورکننده 3، 5، 7 و 10 مگاپاسکال قرار گرفته اند. نمونه های مورد مطالعه در این آزمایش شامل ماسه سنگ لوشان می باشد. نتایج نشان می دهد که با افزایش فشارمحصورکننده، چقرمگی شکست مود I و II ماسه سنگ به ترتیب به صورت خطی و غیر خطی افزایش می یابد.
کلید واژگان: فشارمحصورکننده، ماسه سنگ، چقرمگی شکست، مود اول، مود دومRock masses are increasingly used as the substrate in a wide range of human activities. Facilities such as storage depots, wells, tunnels, and underground power plants are exposed to different rocky mechanics conditions in different types of bedrocks. Rock is a brittle naturally material that is subjected to a variety of environment impacts, such as temperature, confining pressure, humidity and water erosion. Moreover, the effect of confining pressure on rock fracture in most engineering fields has been considered. These include the stability analysis of rock to accumulate atomic waste in underground reservoirs, the hydraulic fracture process for extraction of oil and gas from different layers of the earth and analysis of the stability of underground mines. In this paper, Effect of confining pressure on Mode I and Mode II fracture toughness of Lushan sandstone were investigated. To investigate the effect of confining pressure on mode I and II fracture toughness, was used a Cracked Chevron Notched Brazilian Disc. In this study, the specimens were subjected to a confining pressure of 3, 5, 7and 10 MPa. In this experiments, samples of Lushan sandstone is studied samples. The results show that, with increasing confining pressure, mode I and II fracture toughness of sandstone increases linearly and nonlineary respectively.
Keywords: Confining pressure, Sandstone, Fracture Toughness, Mode I, Mode II -
Rock abrasivity, as one of the most important parameters affecting the rock drillability, significantly influences the drilling rate in mines. Therefore, rock abrasivity should be carefully evaluated prior to selecting and employing drilling machines. Since the tests for a rock abrasivity assessment require sophisticated laboratory equipment, empirical models can be used to predict rock abrasivity. Several indices based on five known methods have been introduced for assessing rock abrasivity including rock abrasivity index (RAI), Cerchar abrasivity index (CAI), Schimazek’s abrasivity factor (Fabrasivity), bit wear index (BWI), and LCPC abrasivity coefficient (LAC). In this work, 12 rock types with different origins were investigated using the uniaxial compressive strength (UCS), Brazilian test for tensile strength, and longitudinal wave velocity and LCPC tests, and microscopic observations were made to obtain a correlation for estimating the LCPC abrasivity coefficient by conducting the conventional rock mechanics tests. Using the equivalent quartz content, velocity of longitudinal waves, and rock brittleness index, a linear correlation was obtained with a coefficient of determination (R2) of 93.3% using SPSS in order to estimate LAC.
Keywords: Abrasivity index, Rock properties, LCPC test, SPSS software, Statistical analysis -
سنگ ها در مواردی از قبیل انفجار و آتش سوزی تحت حرارت قابل توجهی قرار می گیرند و سپس بر اثر خاموش کردن آتش سرد می شوند و فرآیند گرمایش- سرمایش اتفاق می افتد. در این مقاله هدف بررسی اثر دما در یک سیکل گرمایش- سرمایش روی خواص فیزیکی و مکانیکی بتن الیافی است. در مرحله گرمایش در یک سیکل گرمایش- سرمایش، آزمایش روی نمونه هایی که در معرض دمای 300، 500 و700 درجه سانتیگراد قرار داده شده و سپس در دمای محیطی به تدریج سرد شده اند انجام شد. یک سری آزمایش نیز روی نمونه هایی که سیکل گرمایش- سرمایش را تحمل نکرده اند اجرا شد. برای این منظور نمونه های بتن بدون الیاف، بتن با الیاف پلی پروپیلن و بتن با الیاف شیشه ساخته شد. این مقاله به بررسی اثر فرآیند گرمایش- سرمایش برتخلخل موثر، سرعت امواج طولی، مقاومت فشاری تک محوره، مقاومت کششی بتن الیافی پلی پروپیلن و شیشه و مقایسه آن با بتن بدون الیاف می پردازد. نتایج نشان می دهد که بتن الیافی دارای 0/5 درصد الیاف شیشه در دمای 300 درجه سانتیگراد دارای بیشترین مقدار مقاومت کششی و فشاری و بتن الیافی دارای 0/5 درصد الیاف پلی پروپیلن در دمای 500 درجه سانتیگراد دارای بیشترین مقاومت فشاری و در دمای 700 درجه سانتیگراد دارای بیشترین مقاومت کششی در بین انواع بتنهای غیر الیافی و الیافی با درصدهای متفاوت از الیاف میباشد.کلید واژگان: بتن الیافی، بتن بدون الیاف، آتش سوزی، خواص فیزیکی، خواص مکانیکیIn the case of explosions and fires, the rocks undergo cycles of heating and cooling, that is, they are exposed to considerable heat first and then cooled after extinguishing the fire. The purpose of this paper is to study how the temperature in a heating-cooling cycle can affect the physical and mechanical properties of fiber concrete (FC). During the heating phase in a heating-cooling cycle, experiments were performed on samples that were initially exposed to temperatures of 300, 500 and 700 °C and then cooled gradually to ambient temperature. At the same time, a series of experiments were performed on samples that were not exposed to a heating-cooling cycle. For this purpose, non-fiber concrete (NFC), polypropylene fiber concrete (PFC) and glass fiber concrete (GFC) samples were fabricated. The effect of the heating-cooling process on effective porosity, longitudinal waves velocity, uniaxial compressive strength, and tensile strength of PFC and GFC samples were investigated and compared with the NFC samples. The results show that fiber concrete containing 0.5% glass fiber has the highest tensile and compressive strength at 300 ° C. Fiber concrete containing 0.5% polypropylene fiber at 500 ° C has the highest compressive strength and at 700 ° C has the highest tensile strength among all types of non-fiber and fiber concrete with different percentages of fibers.Keywords: Fiber concrete (FC), non-fiber concrete (NFC), fire, physical properties, mechanical properties
-
در بسیاری از پروژه های عمرانی اغلب به سبب عواملی از قبیل مقادیر متغیر بارش، تبخیر آب و تغییرات سطح مخازن آب، ملات سیمان تحت تاثیر سیکلهای تر شدن- خشک شدن قرار دارد. برهم کنش متناوب آب و ملات بر ویژگی های فیزیکی و مکانیکی ملات سیمان و تسریع فرسایش آن اثر می گذارد. از این رو بررسی اثر سیکل های تر شدن - خشک شدن بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی ملات سیمان لازم و ضروری به نظر می رسد. برای رسیدن به این هدف تعدادی نمونه استوانه ای و دیسکی شکل آماده شدند. نمونه ها برای انجام آزمایش تراکم تک محوری، برزیلی و آزمایش های تعیین تخلخل موثر و تعیین سرعت امواج طولی آماده شدند. نمونه ها در سیکل های 0، 1، 5، 10، 15، 20 و 25 مورد آزمایش قرار گرفته اند. هر سیکل بدین صورت است که نمونه ها به مدت 48 ساعت در آب اشباع و سپس به مدت 24 ساعت در دمای 105 درجه سلسیوس خشک شدند و پس از سرد شدن در دمای اتاق، تحت آزمایش قرار گرفتند. مقاومت تراکمی تک محوری، مقاومت کششی برزیلی، مدول الاستیسیته و سرعت امواج طولی بعد از سیکل 25 به ترتیب 37/96، 36/72، 35/44و 8/1 درصد در مقایسه با سیکل صفر کاهش یافتند و تخلخل به میزان 7/6 درصد افزایش یافت.کلید واژگان: سیکل های تر شدن - خشک شدن، خواص فیزیکی، خواص مکانیکی، ملات سیمانIn many construction projects, cement mortar is affected by wetting-drying cycles, often due to factors such as varying rainfall, evaporation, changes in level of water in reservoirs. Alternative interactions between water and mortar affects the physical and mechanical properties of cement mortar and accelerates its erosion. Therefore, evaluating the effect of wetting-drying cycles on the physical and mechanical properties of cement mortar seems to be essential. For this purpose, a number of cylindrical and disc shaped samples were prepared. Samples were prepared for Uniaxial Compression Test, Brazilian Test, Effective porosity Test, and also determining longitudinal wave velocity. Samples were examined in cycles 0, 1, 5, 10, 15, 20 and 25. In each cycle, the samples were saturated in water for 24 hours and then dried at 105 ° C for 24 hours; then the samples were cooled at room temperature and finally examined. After cycle 25, uniaxial compressive strength, Brazilian tensile strength, modulus of elasticity and longitudinal wave velocity decreased by 37.96, 36.72, 35.44 and 8.1 percent, respectively; while porosity increased by 7.6 percent.Keywords: wetting-drying cycles, physical properties, mechanical properties, cement mortar
-
سنگ ها مواد طبیعی شکننده می باشند که تحت تاثیر عوامل محیطی زیادی از قبیل دما، فشار محصور کننده، رطوبت و فرسایش قرار دارند. از این بین، تاثیر درجه حرارت بر روی شکست سنگ در بیشتر زمینه های علوم مهندسی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله این موارد می توان به تعیین مقاومت سازه های سنگی جهت انباشت ضایعات اتمی در مخازن زیرزمینی، فرآیند شکست هیدرولیکی جهت استخراج نفت و گاز از لایه های مختلف زمین و تحلیل پایداری معادن زیرزمینی اشاره کرد. در این مقاله به بررسی تاثیر درجه حرارت بر روی چقرمگی شکست مود I و مود II ماسهسنگ لوشان، پرداخته شده است. جهت این بررسی، از دیسک برزیلی با ترک چورون استفاده شده است. در این پژوهش، برای بررسی اثر درجه حرارت، نمونه ها تحت درجه حرارت 20 (دمای محیط)، 60، 100 و 150 درجه سانتیگراد قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد، با افزایش درجه حرارت تا 150 درجه سانتی گراد، چقرمگی شکست مود I و II ماسه سنگ افزایش یافت.کلید واژگان: درجه حرارت، ماسهسنگ، چقرمگی شکست، مود اول، مود دومRock is a brittle naturally that is sobjected to a variety of environment impacts , such as temperature , confining pressure, humidity and water erosion. Moreover, the effect of temperature on rock fracture in most engineering fields has been considered. These include the determination of the resistance of rock structures to accumulate atomic waste in underground reservoirs, the hydraulic fracture process for extraction of oil and gas from different layers of the earth and analysis of the structures of underground mines. In this paper, we investigate the effect of temperature on mode I and mode II fracture toughness of Lowshan sandstone. To investigate the effect of temperature on mode I and II fracture toughness, was used a Cracked Chevron Notched Brazilian Disc. In this study, the specimens were subjected to a temperature of 20, 60, 100 and 150℃. The results show that, with increasing temperature up to 150℃ , mode I and II fracture toughness of sandstone increases.Keywords: Temperature, Sandstone, Fracture toughness, Mode I, Mode II
-
در صنعت نفت برای افزایش شاخص تولید و بازیافت از چاه هایی که به علت برداشت طولانی مدت، بازده آن کاهش یافته است یا سنگ های اطراف چاه میزان نفوذپذیری کمی دارند از شکست هیدرولیکی استفاده می شود و چون عملیات شکست هیدرولیکی پرهزینه است، به دست آوردن فشار لازم برای شکست هیدرولیکی و تعیین پمپ مناسب برای این عملیات، برای مجریان پروژه اهمیت به سزایی دارد. در این تحقیق از نمونه های ماسه سنگ منطقه لوشان برای مطالعه استفاده شد و تاثیر تنش حرارتی روی فشار شکست هیدرولیکی ماسه سنگ مورد بررسی قرار گرفت. برای مدلسازی آزمایشگاهی شکست هیدرولیکی بر روی سلول سه محوری هوک تغییراتی داده شده استتا برای مدلسازی شکست هیدرولیکی مناسب سازی شود. نمونه های مورد مطالعه به شکل استوانه ای توخالی جدار ضخیم، دارای قطر خارجی 7/54، قطر داخلی 12 و ارتفاع 108 میلی مترند. برای بررسی اثر تنش حرارتی، آزمایش ها بر روی نمونه هایی که ابتدا تا دمای 100 درجه سانتی گراد در کوره گرم شده و سپس در آب 5، 10 و 15 درجه سانتی گراد سرد شده اند، انجام شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با کاهش دمای سرد کردن نمونه ها، فشار شکست هیدرولیکی کاهش می یابد.در عملیات شکست هیدرولیکی این کاهش فشار شکست باعث می شود که پمپی با ظرفیت تولید فشار کمتری خریداری شود و در نتیجه هزینه های عملیات کاهش یابد. تغییرات فشار شکست هیدرولیکی در اثر تنش حرارتی با تغییرات سرعت امواج طولی، وزن مخصوص خشک، مقاومت تراکم تک محوری و نفوذپذیری تطابق دارد. از تصاویر سی تی اسکن نیز برای بررسی تغییرات میکرو ترک ها استفاده شده است، مقدار سی تی از 1654 هانسفیلد به 1614 هانسفیلد کاهش پیدا کرد. مقدار سی تی محاسبه شده از این تصاویر نیز تغییرات فشار شکست هیدرولیکی را تایید می کند.کلید واژگان: ماسه سنگ، تنش حرارتی، شکست هیدرولیکیHydraulic fracturing is used in the oil industry in order to increase the index of production and processing in wells whose efficiencies have been dropped due to long-term harvest or the rocks around the well are low permeable. Since the hydraulic fracturing operation is costly, it is of special importance to determine the pressure required for hydraulic fracturing and the suitable pump for this operation to the project managers. In this research, sandstone specimens of Lushan area were used and investigated the effect of thermal stress on hydraulic fracturing pressure of sandstone. The Hoek triaxial cell was adapted for a laboratory modelling of hydraulic fracturing. The specimens under study are in the shape of thick-walled hollow cylinders with an external diameter of 54.7 mm, an internal diameter of 12 mm, and a height of 108 mm. To study the effect of thermal stress, the tests were conducted on the specimens that heated up to 100 °C in the furnace at heating process and then cooled in water 5, 10 and 15 °C. Results indicated that hydraulic fracturing pressure reduced with decreasing Cooling temperature of samples. In hydraulic fracturing operations, this decreasing fracture pressure causes the pump to be purchased at a lower pressure production capacity, resulting in lower operating costs. Hydraulic fracturing pressure changes in the effect of thermal stress were consistent with the variations of velocity of longitudinal waves, dry unit weight, uniaxial compressive strength and permeability. CT scan images were used to examine micro cracks changes in the effect of thermal stress and the CT value calculated by the images confirms hydraulic fracturing pressure variations.Keywords: Sandstone, thermal stress, Hydraulic fracturing
-
با توجه به نیاز روزافزون کشور به نرخ تولید بیشتر از چاه های نفتی و بازدهی بیشتر مخازن نفت، فعال سازی مجدد چاه های نفت در ایران امری ضروری به نظر می رسد. تولید نفت باگذشت زمان، به دلیل کاهش فشار مخزن و بسته شدن ترک ها و منافذ میکروسکوپی موجود در سنگ مخزن کاهش می یابد. شکست هیدرولیکی به عنوان روشی برای تحریک مخازن نفتی به عوامل مختلفی ازجمله خصوصیات محیطی که شکستگی در آن رشد می کند، بستگی دارد. خصوصیات مکانیکی لایه ها به عنوان یکی از مهمترین پارامترهای تاثیرگذار بر روند گسترش شکست هیدرولیکی و هندسه ی آن شناخته می شوند. در پژوهش حاضر، سعی بر این است که عوامل مختلف دخیل در شکست هیدرولیکی و تاثیر هر یک از آنها بر شکست هیدرولیکی بررسی شود تا محل مناسب برای انجام عملیات شکست هیدرولیکی انتخاب شود که باعث می شود هم هزینه های عملیاتی پایین بیاید و هم شکست بهتر و موثر تری داشته باشیم. در این تحقیق، توسط نرم افزار ABAQUS مدل سازی های عددی در 10 حالت مختلف انجام شده و سپس اثر هر یک از این پارامترهای ورودی، روی فشار شکست هیدرولیکی با انجام تحلیل حساسیت بررسی شده است. این پارامترهای ورودی که درواقع داده های چاه می باشند شامل مدول الاستیسیته، تنش افقی حداقل و حداکثر، تنش قائم، مقاومت کششی، نسبت پواسون و فشار منفذی می باشند. اطلاعات موردنیاز از چاه های حفرشده در سنگ های کربناته ی ایران گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که تنش افقی حداقل بیشترین تاثیر را بر روی فشار شکست دارد و پارامتر هایی مثل تنش قائم و مدول یانگ در تعیین فشار شکست بی تاثیر هستند.کلید واژگان: شکست هیدرولیکی، تحلیل حساسیت، مدلسازی عددی، نرم افزار ABAQUSAccording to increasing demand of the country for more production rates and output from oil reservoirs, it's necessary to re-activate the oil wells in Iran. Oil production in overtime Reduces, The reason of this event is decreased reservoir's Pressure and Closure the cracks and microscopic holes. Hydraulic fracture as a method for stimulating oil reservoirs related to various factors including the characteristics of the environment which the fracture grows. Mechanical properties of the layers recognized as the one of the most effective parameters on the progress of hydraulic fracture and its geometry. In this study, we try to indagate the various factors involved in hydraulic fracture and the effect of each of them on hydraulic fracture until reduce both operation costs and better and more efficient failure. In this research, numerical modeling was done by ABAQUS software in 10 different cases and then, the effect of the each input parameters on the hydraulic fracture pressure was investigated by performing sensitivity analysis. Actually these input parameters are well's data and including Young's modulus, minimum and maximum horizontal stress, vertical stress, tensile strength, poison’s ratio and pore pressure. Required information is obtained from excavated wells in carbonate rocks in Iran. The results show's minimum horizontal stress has the most effect on the hydraulic fracture pressure and parameters such as vertical stress and Young's modulus are not effective in determination of hydraulic fracture pressure.Keywords: Hydraulic fracturing, Sensitivity analysis, Numerical modeling, ABAQUS software
-
سنگ ها در شرایط متعددی در معرض تر و خشک شدن مداوم قرار می گیرند. تناوب چنین عملی باعث تشدید هوازدگی و کاهش مقادیر ویژگی های مکانیکی سنگ و در نتیجه وقوع مکرر بلایای زمین شناسی می شود. تاثیر سیکل های تر و خشک شدن متناوب روی تخریب سنگ ها از تاثیر آن در تر شدن بلند مدت بیشتر است که یک امر بحرانی در پایداری مهندسی توده سنگ به حساب می آید. در این تحقیق نمونه های ماسه سنگ سازند لالون منطقه لوشان برای مطالعه استفاده شد و تاثیر تعداد سیکل های تر و خشک شدن (0، 1، 4 و 16 سیکل) روی ویژگی های فیزیکی مانند تخلخل موثر، وزن مخصوص خشک و اشباع، سرعت امواج طولی و همچنین روی ویژگی های مکانیکی همچون مقاومت کششی، مقاومت فشاری تک محوری، ضریب ارتجاعی، مقاومت فشاری سه محوری، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی بررسی شد. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با افزایش سیکل های تر و خشک شدن تخلخل موثر افزایش یافته ولی سرعت امواج طولی، وزن مخصوص خشک و اشباع، مقاومت کششی، مقاومت فشاری تک محوری و سه محوری، ضریب ارتجاعی، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی کاهش می یابند.کلید واژگان: ماسه سنگ، ویژگی های فیزیکی، ویژگی های مکانیکی، سیکل تر و خشک شدنIn many environments, rocks are usually exposed to continuous wetting and drying. The number wetting-drying cycles will exacerbate weathering and reduce the mechanical properties of the rock and due to that process, geological disasters occur. The effects of alternating wetting and drying cycles on rocks degradation have a greater impact than long-time soaking, which is a critical issue in the sustainability of rock mass engineering. In this research , sandstone specimens of Lalun Formation in Loshan area were used and the effect of wetting-drying cycles (0, 1, 4, 16 ) on physical properties including effective porosity, P-wave velocity, dry and saturated specific weight and mechanical properties including indirect tensile strength, uniaxial compressive strength, elasticity modulus, triaxial compressive strength, cohesion and internal friction angle was investigated. The results indicate that by increasing the wetting-drying cycles, Effective porosity increased but dry and saturated specific weight, P-wave velocity, tensile strength, uniaxial compressive strength, triaxial compressive strength, elasticity modulus, cohesion and internal friction angle decreased.Keywords: Sandstone, Physical properties, Mechanical properties, wetting-drying cycle
-
خاصیت حرارتی به معنای پاسخ ماده به اعمال حرارت می باشد. وقتی که یک ماده جامد، مقداری انرژی (در فرم حرارت) را جذب می کند درجه حرارت جسم و به دنبال آن ابعادش افزایش می یابد. انرژی ممکن است به مناطق خنک تر نمونه منتقل شود و حتی موجب ذوب شدن نمونه شود. ساز وکار انتقال گرما در سنگ ها بسیار پیچیده است. سنگ ها از کانی هایی با ترکیبات شیمیایی و درجات کریستالیزه شدگی مختلفی تشکیل شده اند؛ بنابراین خواص حرارتی سنگ ها نه تنها به فشار و دما ، بلکه به ترکیبات کانی شناسی، ساختار و هندسه حفرات، اندازه ذرات و شکل ترک ها نیز بستگی دارد. ظرفیت گرمایی، رسانایی حرارتی، انتشار حرارتی و انبساط حرارتی اصلی ترین خواص حرارتی سنگ ها می باشند که در مدل سازی عددی با در نظر گرفتن اثر درجه حرارت مانند مدل سازی چاه های نفت، مخازن ذخیره سازی گاز، محل دفن زباله های هسته ای و معادن عمیق کاربرد دارد. در این پژوهش دستگاهی برای تعیین یکی از این خواص که ضریب انبساط حرارتی می باشد ساخته شده است. برای بررسی کارایی دستگاه این ضریب در سنگ های ماسه سنگ، آندزیت، توف سبز کرج و سنگ آهک تعیین شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که نتایج حاصله با نتایج آزمایشگاهی این نوع سنگ ها که در کتاب ها موجود است تطابق دارد.کلید واژگان: حرارت، ضریب انبساط حرارتی، سنگThermal property means the material's response to heat application. When energy (in the form of heat) is absorbed by a solid material, its temperature, and subsequently its dimensions, increase. The energy may be transferred to the cooler regions of the sample and may even melt the sample. The mechanism of heat transfer in rocks is very complicated. Rocks are composed of mineral particles with various chemical compositions and various degrees of crystallization. Therefore, the thermal properties of rocks depend not only on the pressure and temperature, but also on the mineralogical composition, the structure and geometry of pores, the size of the particles and the shapes of cracks. The main thermal properties of rocks include heat capacity, thermal conductivity, thermal diffusivity and thermal expansion, which they are needed for numerical modeling, considering the effects of temperature, including the modeling of oil wells, gas storage caverns, nuclear waste disposal site, and deep mines. In the present study a device for determining one of these properties, the coefficient of thermal expansion, is developed. To evaluate the efficiency of the device, the values of this coefficient in the sandstone, andesite, the green tuffs of the Karaj formation and limestone are determined. The results are consistent with the results of the experimental studies on rocks found in the literature.Keywords: heat, the coefficient of thermal expansion, rock
-
فرایند یخبندان-ذوب از جمله این عوامل است که به صورت گسترده خواص سنگ ها و بتن را تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین در مناطقی که احتمال رخ دادن این فرایند است ضروری می باشد تاثیر این فرایند بر روی ویژگی های فیزیکی و مکانیکی مصالح در نظر گرفته شود. در بیشتر پژوهش های انجام شده دمای دوره ی یخبندان و دوره ی ذوب و مدت زمان آن بدون توجه به وضعیت آب و هوایی مناطقی که احتمال رخ دادن فرایند یخبندان-ذوب است انتخاب شده است و همچنین در مورد مصالح بر پایه سیمان تمرکز پژوهش ها بر روی بتن بوده و پژوهش های اندکی در رابطه با تاثیر یخبندان-ذوب روی ملات سیمان انجام شده است. در این پژوهش تاثیر تعداد سیکل های یخبندان-ذوب روی تخلخل، مقاومت تراکمی تک محوره و مقاومت کششی برزیلی نمونه ماسه سنگ و ملات سیمان با توجه به داده های هواشناسی مناطق غرب و شمالغرب ایران که احتمال رخ دادن فرایند یخبندان- ذوب در این مناطق می باشد بررسی شده است.همچنین برای بررسی تخریب در اثر یخبندان-ذوب عکس برداری سی تی اسکن از نمونه ماسه سنگ به عمل آمده است نتایج نشان داده است با افزایش تعداد سیکل های یخبندا-ذوب مقدار درصد تخلخل نمونه ها به صورت خطی افزایش در حالی که مقاومت تک محوره و مقاومت کششی آن ها کاهش پیدا کرده است همچنین بررسی عکس های سی تی اسکن نشان می دهد فاکتور آسیب در نمونه ماسه سنگ با افزایش سیکل افزایش پیدا کرده است.کلید واژگان: خواص فیزیکی و مکانیکی، سیکل یخبندان- ذوب، ماسه سنگ، ملات سیمانFreeze-thaw process is one of these factors which extensively affects rocks and concrete properties. Thus, taking its impact on physical and mechanical properties of materials into account is required in the regions susceptible to the process. In most of the previous studies, the freezing and thawing periods' temperatures and their duration were chosen regardless of the weather conditions of the regions susceptible to the freeze-thaw process and regarding cement-based materials, the investigations were focused on concrete and there are a few studies on freeze-thaw effect on cement mortar. This study addressed the effect of number of freeze-thaw cycles on porosity, uniaxial compressive strength and Brazilian tensile strength of sandstone and cement mortar specimens considering the climatic data of western and northwestern regions of Iran in which the occurrence of freeze-thaw process is possible. Furthermore, the computerized scan (CT) was carried out on the sandstone specimen to examine the damage resulting from freeze-thaw. The results indicated that the increase in the number of freeze-thaw cycles caused in linear increase in the porosity of the specimens, while reducing their uniaxial and tensile strength. The study of the CT images also showed that the damage factor was increased by increasing the number of cycles.Keywords: physical, mechanical properties, Freeze-thaw cycle, Sandstone, cement mortar
-
در بسیاری از محیط ها، سنگ ها معمولا در معرض شرایط یخبندان – ذوب و یا گرمایش- سرمایش قرار می گیرند، بنابراین ضروری است که تاثیر این فرایندها بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ از جمله نفوذپذیری بررسی شود. در این تحقیق از نمونه های ماسه سنگ سازند منطقه لوشان برای مطالعه استفاده شد و تاثیر تعداد سیکل های انجماد- ذوب و دما در فرآیند گرمایش- سرمایش روی نفوذپذیری ماسه سنگ مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی اثر تعداد سیکل ها آزمایش ها روی نمونه هایی که 1، 5، 10 و 20 سیکل انجماد- ذوب را تحمل کرده اند انجام شد. برای بررسی اثر گرمایش – سرمایش آزمایش ها بر روی نمونه هایی که یک سیکل گرمایش- سرمایش را تحمل کرده اند و در مرحله گرمایش دمای 60، 100، 200 ، 400، 600، 800 و 1000 درجه سانتیگراد را تحمل کرده اند و در محیط سرد شده اند انجام شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با افزایش تعداد سیکل های انجماد- ذوب میزان نفوذپذیری بعد از یک سیکل کاهش پیدا کرد و این کاهش تا 5 سیکل ادامه می یابد، هر چند کاهش نفوذپذیری از 1 سیکل تا 5 سیکل بسیار ناچیز است. در 10 سیکل نفوذپذیری اندکی افزایش می یابد و در 20 سیکل این افزایش چشمگیر است. همچنین با افزایش دما در مرحله گرمایش در فرآیند گرمایش – سرمایش نفوذپذیری ماسه سنگ تا 100 درجه سانتیگراد کاهش و سپس افزایش می یابد. تغییرات نفوذپذیری در فرآیند گرمایش – سرمایش با تغییرات سرعت امواج طولی، وزن مخصوص خشک و تخلخل موثر تطابق دارد. مقدار سی تی محاسبه شده از تصاویر سی تی اسکن نیز تغییرات نفوذپذیری را تایید می کند.کلید واژگان: ماسه سنگ، نفوذپذیری، فرآیند انجماد -ذوب، فرآیند گرمایش - سرمایش، سنگRocks are usually exposed to freeze-thaw and/or heating-cooling conditions in many environments. In this research, sandstone specimens of Lushan area were used and investigated the impact of number of freeze-thaw cycles and the effect of temperature in the heating-cooling process on sandstone permeability. The freezing temperature of -16°C was considered to study the effect of number of cycles. In this state, the tests were carried out on the specimens withstood 1, 5, 10, and 20 freeze-thaw cycles. To study the effect of heating-cooling, the tests were conducted on the specimens that withstood one heating-cooling cycle. The specimens withstood temperatures of 60, 100, 200, 400, 600, 800, and 1000 °C at the heating process and then cooled in the laboratory environment. Results indicated that permeability rate reduced after one cycle of freeze-thaw cycles the reduction continued to 5 cycles. Permeability increased slightly in 10 cycles and the increase was significant in 20 cycles. Sandstone permeability reduced up to 100 °C and then increased with the temperature increasing at the heating-cooling process. Permeability changes in the heating-cooling process were consistent with the variations of velocity of longitudinal waves, dry unit weight, and effective porosity.Keywords: Sandstone, Permeability, Freeze-thaw process, Heating-cooling process, Rock
-
عوامل موثر در نشست سطح زمین در روش حفاری مکانیزه را می توان عمدتا به چهار دسته عوامل هندسی، عوامل ژئومکانیکی، پارامترهای کاری ماشین حفاری و پارامترهای مدیریتی و اجرایی تقسیم بندی کرد. عوامل هندسی شامل عمق و قطر تونل هستند پارامترهای کاری ماشین شامل فشار وارد بر جبهه حفاری، فشار تزریق در پشت سگمنت ها و نیز میزان تغییر قطر (کاهش قطر دستگاه در طول) دستگاه است و پارامترهای ژئومکانیکی شامل مشخصات مکانیکی لایه های خاک بین تونل تا سطح زمین است. در تونل های مناطق شهری که بیش تر در عمق کم و در بستر خاکی حفر می شوند، فشار جبهه کار می تواند یکی از عوامل پیش گیری کننده نشست سطح زمین باشد. در پروژه خطA مترو قم، تونل با ماشین حفاری مکانیزه از نوع متعادل کننده فشار زمین (EPB) حفر می شود. در این تحقیق با تمرکز روی پنج مقطع از این تونل، تاثیر فشار جبهه کار بر نشست سطح زمین تحلیل شده است. این پنج مقطع در کیلومترهای مختلف تونل در مکان هایی انتخاب شدند که در سطح زمین پین های نشست سنجی نصب شده اند و نتایج مدل سازی عددی قابل صحت سنجی هستند. برای بررسی اثر فشار سینه کار روی حداکثر نشست سطح زمین، چهار سطح فشار 100، 150، 200 و 400 کیلوپاسکال بررسی شد. این فشارها به ترتیب 1، 5/1، 2، و 4 برابر فشار اولیه جبهه کار بودند. نشست سطح زمین در این چهار سطح فشار با استفاده از نرم افزار اجزا محدود PLAXIS 3D TUNNEL ارزیابی شده است. اعتبارسنجی نتایج با استفاده از ابزاربندی در سطح زمین (پین های نشست سنجی) و روی تمامی این مقاطع انجام شده است. اعتبارسنجی انجام شده نشان داد که نتایج مدل سازی تطابق خوبی با نتایج پین های نشست سنجی دارد. مقایسه نتایج نشان می دهد افزایش 4 برابری فشار جبهه کار، حداکثر سبب کاهش 4. 45 میلی متری نشست بیشینه می شود. بنابراین افزایش فشار جبهه کار، میزان نشست را کاهش می دهد اما این مقدار بسیار ناچیز است. هم چنین مشخص شد که افزایش بیش از اندازه فشار سینه کار (بیش از 200 کیلوپاسکال) نه تنها حداکثر نشست سطح زمین را کاهش نمی دهد بلکه باعث ایجاد شکست غیرفعال (Passive failure) یا همان بالازدگی در جلوی سپر روی سطح زمین زمین می شود.کلید واژگان: نشست، EPB، تونل متروی قم، مدل سازی عددی، ابزاربندی، PLAXIS 3D TUNNELIn the mechanized boring method, the factors affecting ground surface settlement can be mainly divided into five categories: geometric, geomechanic, boring machines working, operating and management parameters. In urban tunnels bored mainly in shallow soil bed, face pressure can be one of the factors preventing ground settlement. The Line A tunnel in Qom metro project is bored with an EPB (Earth Balance Pressure) mechanized boring machine. The effect of face pressure on ground surface settlement was analyzed in the present study according to five sections of the tunnel. These five sections were selected in different kilometers of the tunnel where settlement gauges were installed and the results could be validated. To investigate the effect of face pressure on maximum ground surface settlement, four pressure levels of 100 kPa, 150 kPa, 200 kPa, and 400 kPa were taken into consideration. These were 1, 1.5, 2, and 4 times of the initial face pressure level, respectively. The ground surface settlement was assessed at four pressure levels using the finite element software, PLAXIS 3D TUNNEL. The results were validated using ground-level instrumentation (settlement gauges) on all sections. The validation showed that the modeling results are in good agreement with the results obtained from settlement gauges. Comparison of the results indicated that a 4-fold increase in the face pressure led to a maximum decrease of 4.45 mm in the maximum settlement. Therefore, an increase in the face pressure can reduce settlement, although quite minimally. It was also found that an over-increased face pressure (face pressure over 200kPa) not only did not reduce the maximum ground surface settlement but also may lead to passive failure or uplift of ground surface ahead of the shield.Keywords: Settlement, EPB, Qom metro tunnel, Numerical modeling, Instrumentation, PLAXIS 3D TUNNEL
-
اصطلاح شکست هیدرولیکی بیانگر فرآیند شروع و گسترش ترک در سنگ ناشی از فشار هیدرولیکی اعمال شده توسط سیال است که روشی برجا برای ارزیابی وضعیت تنش های زمین و افزایش بهره وری از مخازن نفتی است. در این تحقیق با انجام آزمون های آزمایشگاهی، اثر ژئومتری ترک ایجاد شده در دیواره ی چاه بر روی فشار شکست هیدرولیکی بررسی می شود. این بررسی از این جهت اهمیت دارد که شرکت های مجری عملیات شکست هیدرولیکی همواره سعی بر این دارند که هزینه ی ناشی از خرید پمپ را کاهش دهند. از این رو بررسی فشار می تواند در انتخاب علمی یک پمپ مناسب، مفید واقع شود. برای انجام آزمایش یک سری نمونه های استوانه ای تو خالی جدار ضخیم از گچ با قطر خارجی 73 میلی متر و قطر داخلی 25 میلی متر و ارتفاع 150 میلی متر آماده می شود، در این نمونه ها ترک های مصنوعی ایجاد کرده و اثر طول، ارتفاع و عرض ترک بر روی فشار شکست هیدرولیکی بررسی می شود. این آزمایش را برای چند حالت مختلف انجام داده و در هر سری یکی از پارامترها را تغییر داده و دو پارامتر دیگر ثابت نگه داشته می شود و تاثیر هر یک از این پارامترها بر روی فشار شکست هیدرولیکی بررسی می شود. برای ساخت نمونه های مصنوعی استوانه ای توخالی قالبی ساخته شد تا این نمونه های ترک دار آماده شود. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که فشار شکست هیدرولیکی با افزایش طول و ارتفاع ترک، به صورت خطی کاهش می یابد و با افزایش عرض ترک، به صورت غیرخطی کاهش می یابد. همچنین اثر طول ترک بر روی فشار شکست هیدرولیکی بیشتر از ارتفاع ترک و آن نیز بیشتر از عرض ترک است.
کلید واژگان: شکست هیدرولیکی، چاه، عرض ترک، طول ترک، ارتفاع ترکThe term hydraulic fracturing expresses process of beginning and expanding the crack in the rock that caused by hydraulic pressure exerted by the fluid which is a way for assessing state of tensions in the ground and increase the efficiency of oil reservoirs. In this study, by carring out laboratory test, the effect of the geometry of cracking created in the wall of the well is investigated on hydraulic fracture pressure. This investigation is important because the companies that perform the hydraulic fracture are always trying to decrease cost of pump purchase. So pressure investigation can be useful in selecting suitable pump. For testing, a series cylindrical and hollow samples with a 73 mm external diameter, 25 mm inner diameter and 150 mm height are provided. In these samples, artificial cracks were created and the effect of length, height and crack thickness on hydraulic pressure was investigated. These tests are carried out for several different modes that in each series one of the parameters is changed and two other parameters are fixed and the effect of each parameters on the hydraulic fracture pressure is investigated. For the production of cylindrical samples, a mold was made to prepare cracked sample. The experimental results indicate that hydralic fracturing pressure linearly decreases with a increasing in the length and height of the crack. This pressure nonlinearly decreases with a increasing in the crack width. Also, crack length have more effect than crack height on the hydraulic fracture pressure and is also greater than the crack width.
Keywords: hydraulic fracturing, well, crack width, crack length, crack height
- این فهرست شامل مطالبی از ایشان است که در سایت مگیران نمایه شده و توسط نویسنده تایید شدهاست.
- مگیران تنها مقالات مجلات ایرانی عضو خود را نمایه میکند. بدیهی است مقالات منتشر شده نگارنده/پژوهشگر در مجلات خارجی، همایشها و مجلاتی که با مگیران همکاری ندارند در این فهرست نیامدهاست.
- اسامی نویسندگان همکار در صورت عضویت در مگیران و تایید مقالات نمایش داده می شود.