جرم مخصوص سنگ
جرم مخصوص یک سنگ، نسبت جرم مخصوص سنگ به جرم مخصوص آب یا نسبت وزن مخصوص سنگ به وزن مخصوص آب است. جرم مخصوص تابع منافذ، درزه و شکاف‌ها و سایر فضاهاي باز موجود در سنگ است، به طوري که جرم مخصوص یک نمونه مشخص سنگ، با افزایش عمق و در نتیجه افزایش فشار سنگ‌هاي فوقانی و بسته شدن درزه و تركهاي موجود در سنگ بیشتر می‌شود. از آنجائی که جرم مخصوص با مقاومت سنگ رابطه مستقیم دارد. میتوان گفت با عملکرد ابزارهاي برش در فرایند برش رابطه عکس دارد. بطور کلی هرچه سنگ متراکم‌تر و چگالتر باشد، قابلیت برش آن کمتر خواهد بود.
بافت سنگ
یکی از فاکتورهاي مهم و اساسی در رفتار مهندسی سنگها به ویژه در فرایند برش، بافت سنگ میباشد. لذا این پارامتر در انتخاب درست تجهیزات و ماشین‌آلات برش، تعیین رفتار مکانیکی و پیشبینی عملکرد تجهیزات برش باید مورد توجه قرار گیرد. از جمله مشخصات اصلی بافت میتوان به اندازه، شکل، جهتیافتگی، نسبت دانه‌ها و ماتریس سنگ اشاره کرد. از میان مشخصات بافت، اندازه دانه‌ها نیز از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشند. چرا که تركهاي جانبی (عرضی) عمدتاً در مرز دانه‌ها رشد کرده و گسترش می‌یابند. و هر چه اندازه دانه‌ها بزرگتر باشد، اندازه تراشه‌هاي ثانویه تشکیل شده نیز بزرگتر می‌شود. دانه‌هاي گوشه‌دار کشیده و ذرات ریز سنگ باعث کاهش سرعت برش و افزایش قابلیت سایندگی سنگها می‌شود. یکی از پارامترهاي مهم و کمی بافت، ضریب بافت میباشد که توسط هاوارد و رولند1 در سال 1986 ارائه شده است. با معرفی ضریب بافت و کمی کردن مشخصات بافت سنگ، تحولی در عرصه تکنیک هاي پتروگرافیکی و مهندسی سنگ ایجاد شد، بطوریکه بعد از آن اکثر محققین از این پارامتر براي برقراري ارتباط میان مشخصات بافت و مشخصات مهندسی سنگ استفاده کردند. در زمینه قابلیت برش سنگ، آنچه که از نتایج مطالعات محققین مشخص است، با افزایش مقدار ضریب بافت، نرخ برش کاهش یافته و نرخ سایش افزایش خواهد یافت. استحکام و چسبندگی بین دانه‌ها هرچه بیشتر باشد، تشکیل و رشد تركهاي جانبی و به دنبال آن ضخامت تراشه تحت نفوذ سگمنت کاهش یافته و در نتیجه سرعت برش نیز کاهش می‌یابد.
تخلخل سنگ
یکی دیگر از پارامترهاي مهم فیزیکی سنگ در زمینه قابلیت برش، تخلخل سنگ است. سنگها اجسام کاملاً توپري نیستند و عموماً حاوي خلل و فرج به صورت حفرههاي کم و بیش مرتبط و یا حفرههاي مجزا هستند. وجود این حفرهها داراي اهمیت زیادي در خواص مکانیکی و مهندسی سنگ و نیز تشکیل و گسترش تركهاي جانبی و شعاعی دارا می‌باشند. در واقع تخلخل و درزه‌ها در ساختار ماده سنگ نقش عیوب و تركهاي اولیه را بازي میکنند. هرچه مقدار این درزه‌ها و تخلخل‌ها بیشتر باشد، تراشه‌هاي ثانویه راحتتر تشکیل می‌شوند.
مشخصات مکانیکی سنگ‌های طبیعی
مقاومت فشاري سنگ
مقاومت میزان پایداري سنگ در مقابل تنشهاي خارجی است. این تنشها ممکن است در حالت سکون (استاتیک) و یا در حالت متحرك (دینامیک) باشند. هنگامی که استحکام یا مقاومت سنگ افزایش می‌یابد، تشکیل تراشه ثانویه مشکل‌تر شده، و به دنبال آن نیروهاي برشی بیشتري براي تشکیل مقدار مشخصی از تراشه نیاز است. یکی از پارامترهاي مقاومتی سنگ، مقاومت فشاري میباشد. مقاومت فشاري را میتوان به عنوان مهمترین و پرکاربردترین ویژگی سنگها دانست.
مقاومت کششی سنگ
یکی دیگر از پارامترهاي مهم مقاومتی سنگ، مقاومت کششی سنگ میباشد. مقاومت کششی در واقع حداکثر تنش کششی است که یک سنگ میتواند تحمل کند. آنچه مسلم است با افزایش پارامترهاي مقاومتی سنگ قابلیت برش سنگ کاهش می‌یابد.
سختی سنگ
سختی عبارت است از مقاومتی که یک کانی یا سنگ در مقابل ابزار خراشدهنده (ساینده) از خود نشان می‌دهد، تا خراش (سایش) در آن ایجاد نشود. ابزار خراشدهنده در تماس با کانی یا سنگ بوده و طی حرکتی نیرو(موجب سایندگی کانی یا سنگ می‌شوند. همه کانیها و یا سنگها در مقابل همه اجسام خراشدهنده انعطافپذیري ندارند، به عبارت دیگر از نظر خراش‌دهندگی هم اجسام خراشدهنده و هم خراشپذیرنده طبقه‌بندي شده‌اند. اگر مقاومت سنگ در برابر خراش حاصل از جسم دیگر مورد نظر باشد، سختی استاتیکی نامیده می‌شود و در حالتیکه سختی سنگ در برابر ضربه در نظر گرفته شود سختی دینامیکی نامیده می‌شود. این دو سختی با یکدیگر مساوي نیستند.
سایندگی سنگ
در فرایند برش، سایندگی به خاصیتی از سنگ اطلاق می‌شود. که قادر است، سگمنت‌هایی از جنس فولاد، کربورتنگستن، یا الماس را از بین ببرد. سایندگی یک سنگ به سختی کانیها، شکل و اندازه دانه‌ها، قفل شدگی دانه‌ها و ماتریس سنگ بستگی دارد. دانه‌هاي گوشه‌دار و تیز در مقایسه با دانه‌هاي گرد، سایش بیشتري ایجاد میکنند. همچنین تراشه‌هاي گوشه‌دار و تیز بر روي ابزارهاي برش خراش‌هاي عمیق ایجاد کرده و مانع از خرد شدن سنگ، تحت انرژي منتقل شده از طرف سگمنت می‌شوند. از سوي دیگر خرده‌هاي ریز و گرد سنگ، باعث صیقل‌دادن سگمنت و کندي دیسک می‌شوند.
سایندگی در سنگ‌های طبیعی عموماً به سه عامل:
- میزان کوارتز محتوی
- اندازه دانه‌ها
- مقاومت برشی سنگها
بستگی دارد. در این میان میزان سیلیس یا در حالت کلی کوارتز بسیار مورد تأکید بوده است. تشخیص خاصیت سایندگی سنگها بر اساس وجود سیلیس امکانپذیر است.
خواص الاستیک و پلاستیک سنگ های طبیعی
قابلیت تغییر شکل، نحوه شکست، و نوع شکست سنگها، به خاصیت الاستیک و پلاستیک آنها، بستگی دارد. بر اساس نحوه تغییر شکل سنگ به عنوان تابعی از تنشهاي تولید شده در اثر بارهاي استاتیک، سه گروه سنگ، قابل تفکیک است:
- الف) الاستیک ترد، یا آنهایی که از قانون هوك تبعیت میکنند.
- ب) پلاستیک ترد، که قبل از شکستن تغییر شکل پلاستیک دارند.
- ج) فوق العاده پلاستیک، یا بسیار متخلخل، که در آنها تغییر شکل الاستیک مشخصی وجود ندارد. اکثر کانی‌هاي موجود در سنگ، رفتار الاستیک ترد دارند. و از قانون هوك تبعیت می کنند. خواص الاستیک سنگ، توسط مدول الاستیک مشخص می‌شود.
برخی از محققین در مطالعات خود از مدول الاستیک و برخی دیگر نیز، از شاخص هاي تردي سنگ، براي بررسی و تحلیل فرایند برش استفاده کردهاند. مطالعات نشان می دهد. که با افزایش مدول الاستیک و شاخص‌هاي تردي سنگ، مقدار قابلیت برش سنگ کاهش می‌یابد.
مشخصات ساختاري و محیطی سنگ
مشخصات ساختاري سنگ تابع عوامل زمی‌نشناسی مانند لایه‌بندي، کلیواژ و جهت یافتگی کانیها، درزه و ترك، سطوح گسل و یا هر نوع شکاف ناشی از گسل یا چین خوردگی است که شرایط مناسبی را براي تاثیر گذاري عوامل هوازدگی و یخبندان به وجود می‌آورند.
از جمله مشخصات ساختاري سنگ، میتوان به درزه، ترك، کلیواژ و جهتیافتگی کانیها در سنگ اشاره کرد. بطورکلی عوامل محیطی شامل هوازدگی، درزه و تركهاي مویی در سنگ، موجب کاهش پارامترهاي مقاومتی سنگ شده، که در نتیجه آن قابلیت برش سنگ افزایش می‌یابد. بطوریکه میتوان چنین استنباط کرد که با افزایش درزه و تركهاي مویی در سنگ، قابلیت تراشه‌برداري سگمنت در یک مقدار ثابت از نیروي برش افزایش یافته، که به دنبال آن شاهد افزایش نرخ برش خواهیم بود. یکی دیگر از مشخصات ساختاري سنگ، کلیواژ و جهتیافتگی کانیها است. به‌طور کلی از دیدگاه قابلیت برش سنگ هرچقدر میزان کانی‌هاي با سطح کلیواژ مشخص در بلوك سنگی بیشتر باشد سنگ راحتتر برش خواهد خورد. از طرفی افزایش درزه و شکاف که موجب کاهش پارامترهاي مقاومتی می‌شود موجب مشکلاتی در برش افقی (کف بري) توسط ماشین برش اره زنجیري می‌گردد.
