مطالعه آزمایشگاهی اندرکنش تیغه دیسکی و سنگ در مرز لایه های سنگی در حفر تونل با ماشین‏ تونل‏زنی تمام مقطع

مرز مشترک لایه های سنگی در عملیات استخراج و حفاری مکانیزه در معادن و تونل سازی چالش های مختلفی را به وجود می آورد و ممکن است بدون هشدار قبلی باعث بروز مشکلاتی مثل خرابی تیغه ها، لرزش ماشین و کاهش سرعت پیشروی شود. در چنین شرایطی، درک دقیق فرآیند برش و اندرکنش تیغه-سنگ برای طراحی ماشین، موفقیت بسیار مهمی است. در این مطالعه، اندرکنش بین سنگ و تیغه برای اندازه گیری نیروهای برش در ناحیه مرزی دو لایه سنگی با استفاده از ماشین برش خطی کوچک مقیاس مجهز به تیغه دیسکی با قطر 54 میلی متر بررسی شد. نمونه های مورد مطالعه در حالت مختلط با ترکیبی از ماسه‏سنگ با مقاومت 37 مگاپاسگال و دو نوع گچ مصنوعی با مقاومت های 21 و 24 مگاپاسگال تهیه شد. آزمایش برش خطی در عمق های 1، 2 و 3 میلی متر انجام شد. نتایج آزمون ها نشان داد در نمونه های مختلط با رسیدن تیغه به مرز دو نمونه با مقاومت متفاوت، نیروهای عمودی و غلتشی دچار تغییرات شدید می شود. به‏عنوان مثال و بر اساس شرایط آزمایشگاهی این تحقیق، نیروهای عمودی تا 2.7 برابر و نیروهای غلتشی تا 10.2 برابر نیروهای اولیه افزایش یافت. همچنین، نتایج آزمون های برش نشان داد که با افزایش عمق برش، اختلاف نیروها و نیز نسبت نیروهای مرزی به نیروهای برش سنگ در حالت برش غیر مختلط، در ناحیه مرزی کاهش می یابد. براساس نتایج این تحقیق، با توجه به این که در مرز نمونه مختلط، تیغه برشی الگوی متفاوتی از نیروهای برش را تجربه می کند، اهمیت انتخاب تیغه مناسب بر اساس الگوی تغییرات نیروهای مرزی در شرایط میدانی برای ماشین تونل زنی تمام مقطع بیشتر می شود. همچنین مشاهده شد که این اختلاف نیروها منجر به شکل گیری نیروی ضربه در مرز تغییر لایه سنگی می شود که این مساله در شرایط میدانی، ضرورت تعیین چقرمگی و سختی مناسب ابزار را به منظور به حداقل رساندن خرابی آن ها در شرایط سینه کار مختلط بیشتر نشان می دهد.