نگاه اجمالی

سنگها بر خلاف بسیاری از مواد دیگر ، همگن (هموژن) و همسان (ایزوتوپ) نیستند، علاوه بر آن در اغلب آنها ناپیوستگیهایی ساختی نیز یافت می‌شود. اینگونه ویژگیها ، مکانیک سنگ را از دیگر شاخه‌های علم مکانیک مواد متمایز می‌سازد. از اینروست که اطلاعات گرد آوری شده در مورد سنگها باید دو وجه کاملا متفاوت از عکس العمل سنگ را در برابر نیروهای وارده بخوبی نشان دهد.

یکی از این دو رفتار مکانیکی سنگ بکر (سنگ یکپارچه) است. وجه دوم عبارت از رفتار مکانیکی سنگهای دارای سطوح صاف و ناپیوستگیهای بزرگ و کوچک یا سنگهایی است که تحت تاثیر عوامل محیطی ، مثل آب ، قرار گرفته‌اند.

عوامل قابل استفاده در بررسی مشخصات مکانیکی سنگ یکپارچه

• تغییر شکل کوتاه مدت سنگ : عبارت از رفتار سنگ در برابر تنشهایی است که کمتر از مقاومت نهایی سنگ می‌باشند و در زمان نسبتا کوتاهی عمل می‌کنند. بسته به اندازه و شدت تنشهای کوتاه مدت ، سنگ ممکن است به یکی از صورتهای الاستیک (کشسان) ، ویسکوز ، و پلاستیک (خمیرسان) عکس العمل نشان دهد.
  
  
• تغییر شکل طولانی مدت : عبارت از عکس العمل مواد سنگی یکپارچه در مقابل تنشهای مداوم یا چرخه‌ای است که بزرگی آنها به مراتب کمتر از مقاومت نهایی سنگ است و برای مدت زمان طولانی بر روی سنگ اثر می‌نمایند. بر اثر تنشهای کوچکی که در زمانی طولانی بر سنگ وارد می‌شود نوع خاصی از تغییر شکل به نام خزش ایجاد می‌شود.
  
  
• مقاومت سنگ یکپارچه : می‌توان آن را حداکثر نیرویی دانست که واحد سطح سنگ می‌تواند تحمل کند بدون آنکه بشکند.

تنش

نیروهای وارده به اجسام مختلف باعث تغییر شکل آنها می‌شود. نوع و مقدار تغییر شکل حاصله در هر مورد به مقدار و جهت نیروی وارده و مشخصات جسم بستگی دارد. شدت نیرو بر سطح ، فشار نامیده می شود. در صورتی که بخواهیم از شدت نیرو در یک سطح مفروض در داخل جسم آگاه شویم مفهوم تنش را بکار می‌گیریم.

تنش در واقع شدت نیرو ، یا مقدار نیروی وارده بر واحد یک سطح واقع در داخل جسم است. بطور کلی وقتی بر پیرامون یک ذره ، یا یک جسم نیرو وارد می‌شود، در داخل آن تنشهایی ایجاد می‌گردد که اگر مقدار آنها به اندازه کافی بزرگ باشد یا زمان تاثیر آنها طولانی باشد، باعث ایجاد تغییراتی در شکل یا اندازه جسم می‌شوند.

تنجش

همانگونه که گفته شد همه اجسام ، از جمله سنگها ، بر اثر عملکرد تنش تغییر شکل می‌یابند و به زبانی تنشهای وارده به صورت تغییر شکل در آنها تظاهر نموده یا ذخیره می‌شود. تغییر شکل نسبی ایجاد شده در جسم را تنجش می‌نامیم. تنجش یک جسم ممکن است همگن یا ناهمگن باشد.

در تغییرشکل همگن خطوط مستقیم هموار مستقیم باقی می‌ماند و خطوط موازی همچنان موازی بودن خود را حفظ می‌کنند. در مقابل ، تغییر شکل ناهمگن بسیار پیچیده و متنوع است. تغییرشکل همگن ممکن است به صورت تغییر در اندازه و یا تغییر در شکل و زوایا باشد. مقدار تنجش یک توده بزرگ سنگ را می توان با اندازه گیری تنجش در بخشهای کوچکی از آن بدست آورد.

عوامل موثر در تغییر شکل سنگ

عوامل متعددی وجود دارد که می‌تواند در رفتار سنگ و بطور کلی رفتار هر ماده در برابر تغییر شکل ، تاثیر بگذارد. این عوامل را می‌توان به دو گروه خارجی (مثل فشار همه جانبه و دمای محیط) و داخلی (مثل جنس و ساخت و دیگر ویژگیهای ذاتی سنگ) تقسیم کرد.

فشار همه جانبه

یکی از مهمترین عوامل ، فشار جانبی (فشار همه جانبه) است. به نحوی که در اعماق زمین ، که مقدار فشار جانبی زیاد است، رفتار خمیری سنگ افزایش می‌یابد. آنچه باعث تغییر شکل سنگ می‌شود، مقدار تنش محوری ( b₁) نیست. بلکه در یک فشار جانبی ثابت ، عامل موثر تفاضل تنش محوری (b₁) از تنش جانبی (b₃) است که تنش عامل نام داشته. تنش عاملی که با آن سنگ بشکند به نام مقاومت نهایی موسوم است. در صورتی که تعدادی نمونه مشابه از یک سنگ را با تنشهای جانبی متفاوتی مورد آزمایش قرار دهیم، خواهیم دید که با افزایش تنش جانبی ، مقاومت نهایی سنگ نیز افزایش می‌یابد.

دمای محیط

عامل مهم دیگری که در رفتار سنگها در مقابل تغییر شکل تاثیر می‌گذارد، دمای محیط است. در اعماق زمین که دما بالا است، رفتار خمیری سنگها بیشتر می‌شود.

زمان

عامل موثر دیگری که تغییر شکل سنگها را کنترل می‌کند، زمان است. در صورتی که باری کوچک بطور ثابت و در مدتی طولانی بر سنگ اثر نماید قادر است به تدریج سنگ را تغییر شکل داده و در نهایت باعث گسیختگی آن شود. بطور کلی اجسام در سرعتهای کم تنجش ، رفتار خمیری داشته و در سرعتهای زیاد تنجش به صورت شکننده عمل می‌کنند.

به عنوان مثال اگر با چکش ضربه‌ای به یک تکه قیر وارد کنیم خرد می‌شود. در اینجا با اعمال سریع بار به قیر باعث ایجاد سرعت تنجش زیادی در آن شده‌ایم، ولی اگر در آزمایش دیگر چکش را به آرامی به روی قیر قرار دهیم و مدتی صبر نماییم رفتار خمیری قیر را مشاهده خواهیم کرد. در این حالت با اعمال بار تدریجی باعث ایجار سرعت تنجش کمی در قیر شده‌ایم.

عوامل داخلی سنگ

علاوه بر عوامل یاد شده عوامل دیگری مثل بافت و ساخت سنگ و وجود آب و محلولها در آن نیز می‌تواند در رفتاری که سنگ در مقابل تنش از خود نشان می‌دهد، موثر باشد. به عنوان مثال ، اشباع سنگ و ایجاد فشار هیدروستاتیک در آن باعث کاهش تنش جانبی و تنش قائم گردیده و به این ترتیب از مقاومت سنگ می‌کاهد.

مباحث مرتبط با عنوان

• تنجش
• تنش
• دینامیک سنگ
• رده بندی سنگها
• سنگ شناسی
• فشار هیدروستاتیک
• مکانیک سنگ
• مقاومت سنگ