مکانیک سنگمکانیک سنگ از دو کلمه rock به معنی سنگ و mechanics به معنی مکانیک گرفته شده است. مکانیک سنگ مبحثی از علوم مهندسی است که در آن چگونگی رفتار سنگ در برابر عواملبیرونی و درونی و تغییرات آنها مورد بحث قرار می‌گیرد و چون رفتار سنگ بستگی کاملبه ویژگیهای آن دارد، از اینرو بررسی آن گروه از خواص سنگها که در این مورد اهمیتدارد نیز بخشی از مبحث مکانیک سنگ را تشکیل می‌دهد.تاریخچهبناها و آثاری چون سدهای مربوط به سده‌های 29 و 30 قبل از میلاددر مصر و عراق ، اهرام ثلاثه مصر ، کاختختجمشید و مقبره‌های نقش رستم که بر سنگ (از سنگ و یا در سنگ) ساخته شده‌اند گواهبکارگیری روشهای دقیق در امر انتخاب ، استخراج و کندوکاو سنگ و لذا کاربرد مکانیکسنگ از دیر زمان‌اند. ارتباط تنگاتنگ ما با سنگ به پیش از تاریخ بر می‌گردد. در آنزمان ، پیکانها ، ابزار معمولی و ظروف ، استحکامات ، خانه‌ها و حتی تونلها از سنگیا در سنگ ساخته می‌شد. ساختها و مجسمه‌هایی مانند معبد ابوسمبل از مصر نشان دهندهاستفاده از روشهای بسیار دقیق در امر انتخاب محل ، استخراج و کندوکاو بر سنگ است.
سیر تحولی و رشددر قرون هجدهم و نوزدهم تونلهای بزرگ به منظور تهویه وزهکشی معادن ،فاضلاب ،کانال کشی و حمل و نقل با راه آهن زده شد. در همین قرن ما ، ساختن مجسمه‌های عظیمدر مونت راشمو میل به درگیری برای ساختن پیکرهای بزرگ سنگی و به همان اندازه انتخابگرانیتخوب را ، با وجود روی آوردن مهندسانبه مصالح دیگر ، به جهانیان ثابت کرد. در این عصر که مهندسان مواد می‌توانند بهاقتضای نیازهای خاص و عجیب آلیاژها و پلاستیکها را بسازند ، سنگ کاری هنوزانرژی صنایع وتخیل مهندسان را به خود مشغول داشته است.نقش مکانیک سنگ در زندگی انساناز آنجایی که حفاریها و بناهایی چونتونلهای راه آهن زیرزمینی ، تامین آب ، زهکشی و نیروگاههای زمینی ، حفره‌های ذخیرهآب ،نفت،گاز ، هوا و غیره و نیز دفن زباله‌های هسته‌ای ، معادن زیرزمینی ، معادن روباز ، برشهایعمیق برای آب ریز و ... در سنگ و یا بر سنگ صورت می‌گیرد، لذا لزوم شناخت سنگها ومکانیک سنگ برای انسان امری انکار ناپذیر است.
مباحث مربوط به مکانیک سنگ· رده‌بندی زمین شناختی سنگها :سنگها را از نظر نحوه تکوین آنها ، معمولابه سه گروهآذرین ،دگرگونی ورسوبی تقسیم می‌کنند.· ویژگیهای شاخص سیستمهای سنگ :برای طبقه بندی مهندسی سنگها ، لازم استکه ویژگیهای شاخص سنگها ارزیابی شوند و با در نظر گرفتن مجموعه آنها با همدیگر ،شخصی باتجربه می‌تواند، همبستگیهای مفیدی را بین آنها ، برای کاربردهای عملی،بیایبد. بعضی از این ویژگیهای شاخص عبارتند از : تخلخل ،چگالی ، تراواییو استحکام.· استحکام و معیارهای ریزش سنگ :در این بحث ازمکانیکخاک معیارهای ریزش سنگ مثل خمش ، برش و خرد شدن و یا عوامل دیگری که باعث ریزشمی‌شوند، بررسی می‌شوند.· تنشهای اولیه در سنگها و اندازه گیری آنها :در نزدیکی سطح زمین درنواحی کوهستانی ، تنش در جای سنگ ممکن است در بعضی نقاط به صفر نزدیک شود و درنقاطی دیگر ممکن است نزدیک به استحکام سنگ باشد، دستکاری و برهم زدن میدان تنش ازطریق حفر تونل یا حتی گودبرداریهای سطحی ، ممکن است محرک آزاد سازی شدید انرژیذخیره شده شود. در این قسمت به بررسی و تعیین بزرگی و جهت تنشهای اولیه در ساختگاهیک پروژه می‌پردازند.· دگرشکل پذیری سنگها : دگرشکلپذیری ، ظرفیت سنگ برای واتنش در مقابل بار اعمال شده یا پاسخ به باربرداریناشی از گودبرداری است.
ارتباط با سایر علومویژگی مصالحی از قبیل سنگ وخاک در مقایسه بامصالح دیگر مهندسی این است که این مصالح کمتر قابل انتخاب است و به عبارت دیگرمهندسین طراح باید طرح را برای مواد و محیطی در نظر بگیرند که خصوصیات آن محیطالزاما مطابق خواست آنها نیست و نیز این خصوصیات از محلی به محل دیگر متفاوت است،از اینرو شناخت کلیه خواص فیزیکی ، مکانیکی ،زمینشناسی ، هیدرودینامیکی و حتیکانیشناسی وچینهشناسی سنگها معمولا مفید و در مواردی حتما ضروری است.کاربردهای مکانیک سنگبرخی کارهای مهندسی که در حد چشمگیری با مکانیک سنگدر ارتباط هستند، شامل موارد زیر می‌باشند.
· پروژه‌های سازنده‌های سطحی :این پروژه‌ها شامل مواردی چونپل ،ساختمانهای بلند ، نیروگاهها و سدها می‌باشند.· مسیرهای حمل و نقل :مانند بزرگراه ، خط آهن ، کانال و خط لوله· گودبرداریهای سطحی :مثلمعدن روباز· گودبرداریهای زیرزمینی :مثل تونلها ، حجره‌های زیرزمینی و کارهای دفاعی· بهره برداری از منابع انرژی :مثلاستخراجنفت و دفن زباله‌های اتمیتخلخل و نفوذپذیری
http://www.tabaar.com/Schools/Files/...2/mekanik4.jpg
تخلخل عبارت است از تمام خلل و فرج‌های موجود در رسوب یاسنگ که به دو صورت کل یا موثر بیان می‌شود. تخلخل کل (Total Prosity) شامل تماممنافذ موجود در رسوب یا سنگ است که از نسبت حجم حفره‌های موجود در سنگ به حجم کلسنگ بدست می‌آید و آن را به در صد بیان می‌کنند. تخلخل موثریا مفید (Effective Prosity) شامل حفره‌های متصل به هم است که قادر استمایعاترا از خود عبور دهد. این تخلخل ازنسبت حجم حفره‌های متصل به هم به حجم کل سنگ بدست می‌آید. لازم به ذکر است که درسنگ حفره‌هایی وجود دارد که قادر نیستند مایعات را از خود عبور دهند. این حفره‌هابه نامتخلخل غیر مفیدنامیده می‌شود و از تفاضلتخلخل مفید از تخلخل کل بدست می آید.طبقه بندی تخلخل
تخلخل‌ها را بر مبنای مختلفی همچون اندازه حفرهها و زمانتشکیل آنها طبقه بندی می‌کنند. در طبقه بندی بر مبنای اندازه حفرهها ، تخلخل‌ها رابه دو نوع ماکروسکوپی و میکروسکوپی تقسیم می‌کنند. در تقسیم بندی بر مبنای زمانتشکیل خلل و فرج موجود در سنگ یا رسوب ، تخلخل را به انواعاولیهوثانویهتقسیم می‌کنند.انواع تخلخل بر مبنای اندازه
تخلخل ماکروسکوپی
در این تخلخل قطرمنافذ از 8 میکرون بیشتر است. در این منافذ ،آب ومواد سیالدائما و به آسانی جریان پیدامی‌کنند و حرکت آنها تابعنیروی جاذبهمی‌باشد. منافذ موجود در ایننوع تخلخل در اثرانحلالمواد عملکردفشارهای تکتونیکیو یاشکستگی‌هایناشی از خشک شدن سنگ و رسوب بوجود می‌آیند. دررسوب‌های آبرفتیو در سنگ‌های با قابلیتانحلال زیاد (مثلآهک) به فراوانی قابل مشاهدههستند. شکستگی‌های ناشی ازعمل کوهزایییاانحلال آهکورسوباتتبخیری حفرهها و مجاری قابل عبور مواد سیال را فراهم می‌کنند. در نتیجهآب ونفتدر آنها جریان پیدا می‌کنند. اگر طبقاتبالا و پایین آن غیر قابل نفوذ باشند، مخازن بزرگ آب و نفت در چنین سنگ‌هایی حاصلمی‌شود.تخلخل میکروسکوپی
در تخلخل میکروسکوپیقطر منافذ کوچکتر از 8 میکرون می‌باشد. در این منافذ آب و یا سایرسیالاتبه آسانی نمی‌توانند حرکت کنند. لذادر این نوع منافذ نیروی جاذبه در عبور و جریان مایعات موثر نیست و حرکتمایعاتدر این منافذ تابعقانون لوله‌های مویینمی‌باشد. تخلخلمیکروسکوپی دررسوبات رسیفراوان است. این رسوبات طبقاتغیر قابل نفوذ هستند و آب را در منافذ کوچک خود جای داده و به زحمت آن را از دستمی‌دهند. در واقع تخلخل موجود دررسوبات رسیاز نوع غیر مفید بوده و منافذ وحفره‌های موجود در آنها به هم راه ندارند.عوامل موثر در تخلخل اولیه
اندازه دانه
هر قدر اندازه دانه‌ها کاهش یابد، مقدار تخلخل زیاد ولینفوذپذیری کم می‌شود. با افزایش اندازه دانه‌ها مقدار تخلخل مفید افزایش یافته ونفوذپذیری زیاد می‌گردد. زیرا دررسوبات دانه ریز، مجاری متصل کننده حفره‌هابسیار کوچک است و فشار مویینه زیاد در دیوارهای این مجاری مانع عبورمایعاتمی‌شود.جور شدگی
هر قدرجورشدگیبهتر باشد تخلخل و نفوذ پذیریزیادتر خواهد بود، زیرا در سنگ‌هایی که دارای جورشدگی بد هستندذرات دانه ریزیا ماتریکس بیندانه درشترا پر می‌کنند و تخلخل و نفوذپذیری را کاهش می‌دهند.شکل دانه‌ها
اگر دانه‌ها دارای گردشدگیوکرویتخوبی باشند، طرز قرار گرفتن آنها بهنحوی است که نزدیکتر بهم قرار می‌گیرند (آرایش متراکم) و مقدار تخلخل و نفوذپذیریرا کاهش می‌دهد. لذا دانه‌هایی که کمی زاویه دار باشند برای تخلخل اولیه بهترمی‌باشند.فابریک
فابریکشاملجهت یافتگیوآرایش دانه‌هامی‌باشد. آرایش دانه‌ها درمیزان تخلخل و نفوذپذیری موثر است. اگر دانه‌ها دارای آرایش مکعبی باشند مقدارتخلخل 48% و اگر به صورت رمبوهدرال باشند در حدود 26% می‌باشد. جهت یافتگی دانه‌هایماسه به سهولت عبور جریان مایعات یا به عبارت دیگر به میزان نفوذپذیری در داخل خللو فرج تشکیل شده در رسوب یا سنگ کمک فراوانی می‌کند.اثر فشار بر تخلخل
پس از پوشیده شدن رسوب بوسیله رسوب‌های بالایی تخلخل دراثر سخت شدن و تراکم کاهش می‌یابد. افزایش زمان عمل ودیاژنز وتراکم به عنوان عوامل اصلی کم کننده تخلخل می‌باشند. اثر فشار بر رویرسوبات رسیتاثیر زیادی گذاشته و میزانتخلخل اولیه در هنگامرسوبگذاری را به مقدار زیادی کاهش می‌دهد. رسوبات ماسه‌ایبا تخلخل اولیه خیلی کمتریاز رس‌ها ته نشین می‌شوند. ولی در اثر افزایش فشار و ایجاد تراکم ، تخلخل اولیهآنها کاهش چندانی نمی‌کند. درماسه‌هاکاهش تخلخل در اثرپدیدهسیمانی شدن و دیاژنز انجام می‌گیرد.نفوذ پذیری
سهولت عبور جریان مایعات از داخل حفره‌های رسوب‌ها یا سنگ‌هارا نفوذ پذیری می‌نامند. مقدار نفوذپذیری به اندازه حفره ها ، غلظت مایع و نیرویکششی که با کاهش اندازه دانه‌ها کم می‌شود، بستگی دارد. در واقع عواملی که بر تخلخلاولیه موثرند، در میزان نفوذپذیری نیز موثر می‌باشند. نفوذ پذیری را معمولا باواحد دارسیبیان می‌کنند. یک دارسی عبارتستاز نفوذ پذیری که در آن یکمایع باغلظتیک سانتیمتر در ثانیه تحتفشار یک اتمسفر برسانتیمتر عبور کند. نفوذپذیری اغلب سنگها بطور کلی کمتر از 1 دارسی می‌باشد.دینامیک سنگاسترس ، استرین و قدرت سنگها
دیدکلیتغییر شکلپوستهزمین را می‌توان به صورت تغییر در حجم ، تغییر در شکل و یا ترکیبی از این دوتعریف کرد. اگر ماده‌ای بدون تغییر حجم ، تغییر شکل دهد، این نوع تغییر شکل را لغزشمی‌نامند. می‌توان از لغزاندن یک دسته ورق بازی به عنوان مثالی قابل مقایسه براینشان دادن لغزش خالص استفاده کرد. بدین ترتیب که ورق زیرین را ثابت نگاه داشته وسایر ورقها را متناسب با فاصله شان از پایین به جلو می‌لغزانیم.
در اینصورتشکل فضای اشغال شده توسط این دسته ورق تغییر کرده است اما حجم آن (یعنی تعداد کلورقها ثابت می‌ماند. هر نیرویی که بر ماده‌ای وارد شده و میل به تغییر ابعاد آنماده داشته باشد را استرس می‌نامند. این استرس را معمولا استرس واحد نامیده و آنرابوسیله تقسیم نیروی کل بر روی سطحی کهنیرو بر آن عمل می‌کندتعریف می‌کنند. پاسخ سنگ در برابر استرس را معمولا استرین می‌نامند.
