بررسی اثر عوامل دستگاهی و مشخصات هندسی نمونه بر سرعت موج فشاری در نمونه‌های سنگی تراورتن

Abstract

برآورد شاخص‌های مکانیکی و فیزیکی سنگ‌ها برای طراحی و تحلیل سازه‌های سنگی مانند شیب‌های سنگی، تونل‌ها، سدها، ترانشه‌های عمیق و مغارها بسیار حائز اهمیت است. روش مستقیمی که با آن بتوان شاخص‌های سنگ را بدون اجرای مراحل پُرزحمت، پُرهزینه و وقت‌گیر آزمایشگاهی یا برجا تعیین کرد، وجود ندارد. بنابراین به یک روش آسان، با اطمینان قابل‌قبولو غیرمستقیم برای تعیین ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی سنگ‌ها نیاز است. در بین این روش‌ها از روش فراصوتی به منزلة یک راهکار کم‌هزینه، آسان، سریع و با دقتی قابل‌قبول برای تعیین ویژگی‌های سنگ می‌توان بهره جست. در روش فراصوتی با تعیین سرعت موج در نمونه، این امکان وجود دارد که بتوان سایر پارامتر‌های شاخص سنگ و همچنین کیفیت سنگ را تعیین کرد. اندازه‌گیری سرعت موج فشاری را هم در محیط بزرگ‌مقیاس برجا و هم در محیط آزمایشگاهی می‌توان عملی ساخت. سرعت امواج فشاری در سنگ‌ها با ویژگی‌های سنگ بکر ارتباط نزدیکی دارد و با اندازه‌گیری سرعت موج فشاریدر محیط سنگی می‌توان ساختار و بافت سنگ را ارزیابی کرد.نگارنده رابطjalalisme@shahroodut.ac.irCorresponding author: روش‌ سرعت تپ (پالس) یا فراصوتی زمان عبور موج فرا‌صوتی را درون جسم اندازه‌گیری می‌کند.در روش فراصوتی از بعضی مبدل‌های الکترومکانیکی برای ارسال و دریافت امواج کشسان استفاده می‌شود. سرعت موج با تقسیم طول نمونه بر زمان عبور موج اندازه‌گیری شده در نمونه که بین مبدل‌های فرستنده و گیرنده قرار گرفته است، به‌دست می‌آید. در این تحقیق به اجرای مجموعه‌ای آزمایش فراصوتی روی هجده نمونة متفاوت از سنگ تراورتن اقدام شده است. این آزمایش‌ها روی پارامترهای نسبت طول به قطر نمونه، بسامد و دامنة موج و تکرار تپ در واحد زمان و تأثیر آنها بر سرعت موج فشاری متمرکز شده است. در این تحقیق از دستگاه فراصوتی استفاده شده است که دارای قابلیت ارسال و دریافت امواج فراصوتی فشاری با استفاده از دو نوع مبدل 75 و 125 کیلوهرتزی است. توانایی تغییر در بسامد موج فشاری ارسال شده، تغییر در دامنة موج و تعداد تپ در واحد زمان از دیگر امکانات این دستگاه به شمار می‌رود.روند اجرای آزمایش‌ها به این صورت است که در هر مرحله، فقط یک پارامتر تغییر می‌کند و بقیة پارامتر‌ها ثابت در نظر گرفته می‌شوند تا ارزیابی اثر پارامتر مورد بررسی ممکن شود.برای هریک از مبدل‌ها، نسبت طول به قطر نمونه‌ها در شش سطح از 5/0 تا 3، بسامد موج ارسالی در بازة 50 تا 210 هرتز، دامنة موج ارسالی از 1/0 تا 4 ولت و تکرار تپ موج در بازة 5/0 تا 16 هرتز تغییر داده و نتایج ثبت شد. شایان ذکر است که نتایج هر آزمایش حاصل میانگین‌گیری عددی از سه بار اجرای آزمایش در هر مرحله است که هدف از این کار، کمینه‌کردن اثر خطاهای گوناگون در حین اجرای آزمایش‌ها است. برای تحلیل نتایج از یک کُد نرم افزاری توسعه داده شده در محیط نرم‌افزار مَت‌لَب استفاده شد که امکان تعیین سرعت عبور موج در نمونه با استفاده از ترسیم پوش موج را فراهم می‌آورد. به‌طورکلی روشن شده است که با افزایش نسبت طول به قطرنمونه‌ها، افزایش دامنة موج و کاهش بسامد، سرعت موج فشاری، به‌ترتیب در بازة تقریبی 3400 تا 4300 متر بر ثانیه برای مبدل 75 کیلوهرتزی و 2200 تا 3800 متر بر ثانیه برای مبدل 125 کیلوهرتزی افزایش می‌یابد؛ درحالی‌که با تغییرات تکرار تپ در واحد زمان در یک مقدار مشخص از این پارامتر، سرعت موج فشاری حداکثر می‌شود.