شکستگی گسسته در سنگ ها

آیا تا به حال توجه کرده اید که چگونه آب می تواند از میان صخره ها جاری شود و با پوشاندن سطح با یک پتینه، مانند نوارهای سفید، ردی از عبور خود به جای بگذارد؟ کل فرآیند کاملاً پیچیده است، اما تقریباً می توان آن را با تقسیم آن به دو اثر همراه توضیح داد: گرانش و واکنش های شیمیایی. گرانش باعث می‌شود که آب از طریق شکستگی‌های مجزا (سنگ‌های سخت) یا منافذ (سنگ‌های رسوبی) نفوذ کند، تا زمانی که منبع آب زیرزمینی زیر را شارژ کند تا جایی که آب اضافی مانند یک لیوان آب سرریز روی سطح سنگ ظاهر شود. از طرف دیگر واکنش های شیمیایی به آب اجازه می دهد تا کربنات ها و مواد مشابه موجود در سنگ را حل کند. چنین ترکیبات شیمیایی شروع به چسبیدن و تجمع روی سطح می کنند.

نوارهای سفید به دلیل شکستگی های گسسته در سنگ ها
در پارک ایالتی هالیبوت پوینت، کیپ آن، MA، ایالات متحده.

جریان آب از میان صخره ها

پدیده های جریان آب از میان سنگ ها را می توان در طبیعت مشاهده کرد، مانند پارک ایالتی هالیبوت پوینت در کیپ آن، MA (نشان داده شده در بالا). این سنگ ها از لایه های گرانیتی با قدمت بیش از 400 سال ساخته شده اند که یکی از رایج ترین انواع سنگ است که به دلیل بافت دانه ای آن نامگذاری شده است. همانطور که در تصویر می بینید، جریان آب در آن سنگ ها روی سطح آنها قابل مشاهده است و جای خود را به رگه هایی با رنگ روشن تر روی سطح آنها می دهد. جریان آزاد سیالات از طریق شکستگی، در یک بلوک از محیط جامد یا متخلخل، چیزی است که به آن شکستگی گسسته می گویند .

شبیه سازی شکستگی گسسته

اگر علاقه مند به شبیه سازی شکستگی های گسسته هستید، می توانید از COMSOL Multiphysics همراه با ماژول جریان زیرسطحی استفاده کنید. در واقع، گالری مدل ما دارای یک نمونه مستند عالی از شکستگی گسسته است . تصویر زیر در سمت چپ هندسه استفاده شده در این مدل را نشان می‌دهد که از دو بلوک با مرز مشترک داخلی تشکیل شده است که نشان دهنده شکستگی گسسته است. در سمت راست می توانید تجزیه و تحلیل جریان وابسته به زمان را در بلوک های متخلخل شکسته پس از 1000 ثانیه مشاهده کنید.

هندسه شکستگی گسسته.	تجزیه و تحلیل جریان وابسته به زمان پس از 1000 ثانیه

دو بلوک از رسانه متخلخل ساخته شده اند، در حالی که مرز داخلی مشترک نشان دهنده یک شکستگی گسسته است. رابط فیزیک قانون دارسی برای حل هر دو جریان رسانه متخلخل و جریان شکست استفاده می شود. شکستگی به عنوان یک مرز داخلی نشان داده می شود، به این معنی که قانون دارسی به جای یک حجم، با افزودن ویژگی جریان شکست به رابط قانون دارسی، بر روی سطح حل می شود. با انجام این کار از ایجاد یک دامنه بسیار نازک که نمایانگر شکستگی است که منجر به ایجاد یک شبکه متراکم متشکل از عناصر بسیار کوچک می شود، جلوگیری می کند. به عبارت دیگر، این یک روش بسیار کارآمد برای حل این نوع مشکل جریان زیرسطحی است.

سطوح همسان در نمودار سمت راست نشان می دهد که چگونه فشار در سراسر شکستگی پیوسته است، که مشخصه جریان های زیرسطحی است، در حالی که فلش ها میدان سرعت را در امتداد شکست نشان می دهند. سیال از ورودی (راست) به خروجی (چپ) به دلیل اختلاف فشار تحمیلی در حال حرکت است.

بیشتر خواندن

اکنون می دانیم که آب به لطف شکستگی های مجزا در سنگ ظاهر می شود و به دلیل واکنش های شیمیایی روی سطح خارجی آن، نوارهای سفید ظاهر می شوند.

جزئیات بیشتری در مورد نحوه اجرای شبیه‌سازی شکستگی گسسته در اسناد موجود در گالری مدل ما خواهید یافت .