تأثیر ضعف های ساختاری در تحلیل شکست واژگونی خمشی شیروانی های سنگی (براساس تئوری مکانیک شکست)

Abstract

شکست واژگونی خمشی، در اثر تنش کششی ناشی از گشتاور وزن ستون سنگ های3 برجا، اتفاق می افتد. برای تحلیل این نوع شکست، هر ستون سنگ با یک تیر طرّه4 مدل سازی شده و فاکتور ایمنی شکست آن، بر اساس قوانین مقاومت مصالح، به دست می آید. هرچند نتایج این تحلیل ها با آزمون های آزمایشگاهی تطابق خوبی دارد، ولی کاربرد آنها در شیروانی های واقعی، فاکتور ایمنی شکست را بیش از واقعیت پیش بینی می کند. علت اصلی آن، تمرکز تنش در اطراف ضعف های ساختاری موجود در توده سنگ است. محاسبه میزان تمرکز تنش در اطراف ضعف های ساختاری با استفاده از قوانین مقاومت مصالح، بسیار دشوار و در شرایطی غیر ممکن بوده و تاکنون در تحلیل شکست واژگونی خمشی مد نظر قرار نگرفته است. در این مقاله، برای اولین بار، ضعف های ساختاری موجود در ستون سنگ های برجا که دارای پتانسیل شکست واژگونی خمشی هستند، تحلیل می کردند. در بحرانی ترین حالت، ضعف های ساختاری با یک "ترک لبه ای"5 عمود بر طول ستون سنگ مدل سازی می شوند. در این حالت بر اساس تئوری مکانیک شکست، هر ستون سنگ، نسبت به طول ترک، به صورت یک تیر یا یک ستون دو سر بی نهایت عمل می کند. با در نظر گرفتن مفروضات بالا و با استفاده از معادلات تعادل حدی، نیروها و گشتاور نیروهای وارد بر مقطع در بر گیرنده ترک محاسبه می شوند. سپس با استفاده از توابع تجربی "تادا" فاکتورهای "شدت تنش" نرمال و برشی برای ترک تعیین شده و بر اساس معیارهای "تئوری مکانیک شکست" فاکتور ایمنی شکست واژگونی خمشی در شیروانی سنگی محاسبه می شود. در پایان، نتایج این روش با روش تحلیلی مبتنی بر قوانین مقاومت مصالح و شیروانی های واقعی دارای پتانسیل شکست واژگونی خمشی مقایسه و درستی آن تایید می شود.