Καθηγητής Σταύρος Μπαντής Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Ακαδημαϊκό Έτος

Transcript

1 Καθηγητής Σταύρος Μπαντής Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Ακαδημαϊκό Έτος

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΡΑΧΟΜΗΧΑΝΙΚΗ

3 ΤΥΠΙΚΗ ΤΟΜΗ ΥΠΕΔΑΦΟΥΣ Έδαφος ΕΔΑΦΗ Συσσωματώματα ασύνδετων στερεών σωματιδίων που παράγονται από την αποσάθρωση των πετρωμάτων. Τελείως αποσαθρωμένο πέτρωμα ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΗ ΖΩΝΗ Αποσαθρωμένο πέτρωμα Πέτρωμα ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Ανομοιογενή υλικά, ποικίλης ορυκτολογικής σύστασης και με διαφορετικούς βαθμούς συνεκτικότητας, που συγκροτούν το στερεό γεωλογικό υπόβαθρο.

4 ΠΕΤΡΩΜΑ ΕΔΑΦΟΣ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ Φυσικές διεργασίες διάσπασης και αλλοίωσης των πετρωμάτων. Συνδετικό υλικό των ορυκτών κόκκων ΟΡΥΚΤΑ Ανόργανα στερεά, ομογενή σώματα ορισμένης χημικής σύστασης και συγκεκριμένων φυσικών χαρακτηριστικών, που αποτελούν τα συστατικά στοιχεία των πετρωμάτων.

5 ΒΡΑΧΟΜΗΧΑΝΙΚΗ είναι ο θεωρητικός και εφαρμοσμένος κλάδος της Γεωτεχνικής Μηχανικής που μελετά τη συμπεριφορά των βραχωδών υλικών και μαζών υπό τη δράση δυνάμεων του φυσικού ή/και δομημένου περιβάλλοντος. Πρακτικό αντικείμενο είναι η μελέτη και κατασκευή τεχνικών έργων στην επιφάνεια ή στο εσωτερικό του βραχώδους υπεδάφους.

6 Οι περισσότερες βραχώδεις μάζες αποτελούν μη-συνεκτικά συμπλέγματα τεμαχίων βράχου σε επαφή κατά μήκος των πλευρικών επιφανειών τους και διατηρούμενων σε συναρμογή μέσω δυνάμεων τριβής. ΤΥΠΙΚΗ ΔΙΑΚΛΑΣΜΕΝΗ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ ΛΙΘΟΣΥΝΤΡΙΜΜΑ ΑΝΟΜΟΙΟΓΕΝΟΥΣ ΔΙΑΒΑΘΜΙΣΗΣ (προϊόν αποσάθρωσης)

7 ΗΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΜΑΖΩΝ ΕΙΚΟΝΙΖΕΙ ΤΟ ΣΥΝΙΣΤΑΜΕΝΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ : ΤΗΣ ΓΕΩΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ ΙΣΤΟΡΙΑΣ (ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ- ΤΕΚΤΟΝΙΣΜΟΥ- ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ) ΤΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗΣ

8 Τα ιζήματα αποτίθενται με οριζόντια διάστρωση παράλληλα προς την επιφάνεια της γής.

9 ΔΟΜΕΣ ΤΩΝ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΜΑΖΩΝ Οι γεωλογικές δομές είναι αποτέλεσμα της καταπόνησης των πετρωμάτων που υπεβλήθησαν σε ισχυρές πιέσεις και υψηλές θερμοκρασίες. ΔΙΑΡΡΗΞΕΙΣ ΕΦΕΛΚΥΟΜΕΝΗΣ ΖΩΝΗΣ Km s ΜΟΝΙΜΕΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΠΤΥΧΩΣΗ ΔΙΑΡΡΗΞΕΙΣ ΘΛΙΒΟΜΕΝΗΣ ΖΩΝΗΣ ΡΗΓΜΑ ΘΡΑΥΣΕΙΣ ή ΔΙΑΡΡΗΞΕΙΣ (ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ)

10 ΔΟΜΕΣ ΤΩΝ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Οι γεωλογικές δομές είναι αποτέλεσμα της παραμόρφωσης και διάρρηξης των πετρωμάτων που υπεβλήθησαν σε ισχυρές πιέσεις και υψηλές θερμοκρασίες κατά τη γεωλογική ιστορία τους. 1000m ΠΤΥΧΩΣΕΙΣ = ΜΟΝΙΜΕΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΡΗΓΜΑΤΑ =ΜΕΜΟΝΩΜΕΝΕΣ ΔΙΑΡΡΗΞΕΙΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΔΙΑΚΛΑΣΕΙΣ = ΕΠΑΝΑΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΕΣ ΔΙΑΡΡΗΞΕΙΣ ΜΙΚΡΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ

11 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΙΓΕΝΟΥΣ ΔΟΜΗΣ

12 ΡΗΞΙΓΕΝΗΣ ΔΟΜΗ ΜΕΓΑΛΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ - ΡΗΓΜΑΤΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΡΗΓΜΑΤΑ

13

14 ΠΤΥΧΩΣΗ ΡΗΓΜΑ ΔΙΑΚΛΑΣΕΙΣ ΣΧΙΣΤΟΤΗΤΑ

15 ΨΑΘΥΡΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΔΙΑΡΡΗΞΕΙΣ ( Θραύσεις :Ρήγματα, Διακλάσεις) Ψαθυρά υλικά υφίστανται μικρή αρχική παραμόρφωση και θραύση ΑΝΑΣΤΡΟΦΟ ΡΗΓΜΑ ή ΕΠΩΘΗΣΗ ΚΑΝΟΝΙΚΟ ΡΗΓΜΑ ΡΗΓΜΑ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ

16 ΣΥΣΧΕΤΙΣΜΟΙ ΤΥΠΩΝ ΡΗΓΜΑΤΩΝ ΜΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΥΡΙΩΝ ΤΑΣΕΩΝ

17 ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ ΒΡΑΧΩΔΕΣ ΥΛΙΚΟ ΜΕΣΟ ΑΣΥΝΕΧΕΣ

18 Ημηχανική συμπεριφορά (ιδιότητες) της βραχομάζας εξαρτάται από τη φορά, το μέγεθος και τη διεύθυνση επιβολής των φορτίων. Α Α Β C Β C

19 ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ α=0 ο σ 3 =0.5MPa α=60 ο σ 3 =0.5MPa σ 3 (MPa) (a) 0.25 Rock material failure at =0 ο Dominant bedding shear at α=60 ο

20 Η αντοχή της ασυνεχούς βραχομάζας εξαρτάται από το βαθμό κερματισμού και τη γεωμετρία (προσανατολισμό) των ασυνεχειών Το ακέραιο πέτρωμα συνεισφέρει την κύρια συνιστώσα μηχανικής συμπεριφοράς (αντοχής και παραμορφωσιμότητας) Οι ασυνέχειες συνεισφέρουν την κύρια συνιστώσα παραμορφωσιμότητας και ελέγχουν την αντοχή

21 ΣΤΡΩΣΙΓΕΝΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ ΙΖΗΝΑΤΟΓΕΝΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑ : ΜΑΡΓΑ

22 ΔΙΑΚΛΑΣΕΙΣ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ 0.5m 0.6m 0.4m 0.3m 0.4m ΕΠΙΠΕΔΑ ΣΤΡΩΣΕΩΝ 0.1m

23 ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΚΟ ΠΕΤΡΩΜΑ - ΒΑΣΑΛΤΗΣ

24 ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΚΟ ΠΕΤΡΩΜΑ - ΒΑΣΑΛΤΗΣ

25 ΠΥΡΙΓΕΝΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑ - ΓΡΑΝΙΤΗΣ

26 ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΟ ΠΕΤΡΩΜΑ - ΓΝΕΥΣΙΟΣ

27 ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΟ ΠΕΤΡΩΜΑ - ΓΝΕΥΣΙΟΣ

28 Β δ=γωνία διεύθυνσης κλίσεως ή αζιμούθιο Δ δ ψ Διάνυσμα διεύθυνσης κλίσεως Α ΟΡΙΣΜΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΚΛΙΣΕΩΣ ΚΑΙ ΤΗ ΓΩΝΙΑ ΚΛΙΣΕΩΣ Ν ψ=γωνία κλίσεως

29 ΒΑΘΜΟΣ ΚΕΡΜΑΤΙΣΜΟΥ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ

30 ΔΕΙΚΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ (RQD = Rock Quality Designation) Αθροιστικό μήκος των τεμαχίων άρρηκτου πετρώματος μήκους 100mm μεταξύ φυσικών ασυνεχειών, εκφραζόμενο ως % ποσοστό του συνολικού μήκους διάτρησης. RQD (%) Περιγραφή ποιότητας Πολύ πτωχή Πτωχή Μέτρια Καλή Εξαιρετική

31 ΣΤΑΔΙΑ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ Τελικό στάδιο αποσάθρωσης Ενδιάμεσο στάδιο αποσάθρωσης Αρχικό στάδιο αποσάθρωσης

32 ΚΑΤΗΓΟ ΡΙΑ VI V IV III ΙΙ I Βαθμός ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗΣ Εδαφικό (παραμένον) υλικό Εξαιρετικά αποσαθρωμένο πέτρωμα Ισχυρά αποσαθρωμένο πέτρωμα Μέτρια αποσαθρωμένο πέτρωμα Ελαφρά αποσαθρωμένο πέτρωμα Υγιές πέτρωμα

33 ΤΑ ΔΙΑΦΟΡΑ ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ (ΕΔΑΦΙΚΑ ΚΑΙ ΒΡΑΧΩΔΗ) ΠΑΡΟΥΣΙΑΖΟΥΝ ΜΕΓΑΛΗ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥΣ (ΣΥΣΤΑΣΗ, ΒΑΘΜΟ ΑΛΛΟΙΩΣΗΣ) ΚΑΙ ΤΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ. ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΑΝΤΟΧΩΝ ΤΥΠΙΚΩΝ ΓΕΩΫΛΙΚΩΝ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΗ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ, UCS (MPa) ΓΡΑΝΙΤΗΣ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΣ ΨΑΜΜΙΤΗΣ ΦΥΛΛΙΤΗΣ ΜΑΡΓΑ ΕΔΑΦΗ ΧΑΜΗΛΗ Μ ΥΨΗΛΗ ΕΔΑΦΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΜΠΕΤΟΝ ΧΑΛΥΒΑΣ

34 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΒΡΑΧΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΟΔΙΚΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ ΕΓΝΑΤΙΑΣ ΟΔΟΥ (ΤΜΗΜΑ ΒΕΡΟΙΑΣ-ΛΕΥΚΟΠΕΤΡΑΣ

35 Μελέτη μηχανικής ποιότητας βραχόμαζας ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ+ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ (ΑΚΕΡΑΙΩΝ) ΥΛΙΚΩΝ= ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ = ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΣΤΑΘΕΙΑΣ

36 . Μελέτη των κύριων φυσικών και μηχανικών χαρακτηριστικών βραχωδών Μαζών για τη μόρφωση τυπικών διατομών γεωστατικού ελέγχου. Σύγχρονες μέθοδοι ανάλυσης ασυνεχών μέσων αποτελούν χρήσιμα εργαλεία για την κατανόηση σύνθετων μηχανισμών συμπεριφοράς της βραχομάζας σε αλληλεπίδραση με την κατασκευή ενός έργου.

37 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΒΡΑΧΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΛΕΤΩΝ ΔΙΑΝΟΙΞΗ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗ ΣΗΡΑΓΓΩΝ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΕΙΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΗΤΩΝ ΠΡΑΝΩΝ ΘΕΜΕΛΙΩΣΕΙΣ ΒΑΘΡΩΝ ΟΔΙΚΕΣ ΣΗΡΑΓΓΕΣ ΓΕΦΥΡΑ ΕΓΝΑΤΙΑΣ ΟΔΟΥ (ΤΜΗΜΑ ΒΕΡΟΙΑΣ-ΛΕΥΚΟΠΕΤΡΑΣ

38 Μελέτη ευστάθειας Επιλογή τύπου και διαστασιολόγιση μέτρων προσωρινής και μόνιμης υποστήριξης σηράγγων portal Portal Lai King Hill Road view 8-10m Είσοδος Σήραγγας Lai King Hill Road Hong Kong Διατομή 27m Υπερκείμενα 8-10m με συτοκινητόδρομο σε πλήρη λειτουργία κατά τη διάνοιξη

39 Είσοδος Σήραγγας Lai King Hill Road μετά την ολοκλήρωση της διάνοιξης Hong Kong Διατομή 27m Υπερκείμενα 8-10m με συτοκινητόδρομο σε πλήρη λειτουργία κατά τη διάνοιξη

40 Μελέτες ευστάθειας και μέτρων προσωρινής και μόνιμης υποστήριξης Υπόγειων Έργων μεγάλων διαστάσεων Αριθμητικό ομοίωμα διατομής σχεδιασμού υπόγειου σιδηροδρομικού Σταθμού Triangeln, Malmo, Σουηδία. Ο σταθμός διανοίχθηκε σε ασθενή υλικά και μικρό βάθος. Λόγω της μεγάλης διατομής ήταν αναγκαία η εφαρμογή ενδιάμεσων υποστηλωμάτων Βραχομηχανικές αναλύσεις σχεδιασμού για τη μελέτη της συμπεριφοράς της βραχομάζας κατά τη διάνοιξη και των απαιτούμενων μέτρων υποστήριξης Σταθμός Triangeln κατά την κατασκευή. Η παρακολούθηση της συμπεριφοράς αποτελεί σημαντικό αντικείμενο αξιολόγησης και επιβεβαίωσης των παραδοχών της μελέτης.

41 Υδραυλική σήραγγα Διαρίζου, Κύπρος (μήκος 14.6 km) Έξοδος TBM μετά διάτρηση 14.6 km σήραγγας Η επιλογή του τύπου της μηχανής ολομέτωπης κοπής αποτελεί αποφασίζεται από την αξιολόγηση βραχομηχανικών παραμέτρων (τύπους και ιδιότητες υλικών, εντατικά μεγέθη και απαιτήσεις υποστήριξης κατά μήκος του άξονα της σήραγγας. Ειδικά προβλήματα βραχομηχανικών μελετών Διέλευση σήραγγας δια μέσου συνθλιβόμενης ζώνης ρήγματος Αντιμετώπιση διογκούμενων υλικών

42 CAVERN No 5 CERN CERN CAVERN No5 Βραχομηχανικές αναλύσεις βελτιστοποίησης της μεθόδου διάνοιξης του συμπλέγματος υπόγειων έργων στις εγκαταστάσεις tου CERN σημείουno 5

43 N NB/CP P VCP/ES A-N VCP/N SA TCA- N/ESA-N Διατομή 2D ανανλύσεων TCA- S/ESA-S VCP/ES A-S SB/CP P Βραχομηχανικός σχεδιασμός συμπλέγματος υπόγειων σηράγγων σε διασταύρωση υπόγειου αυτοκινητόδρομου στο Δουβλίνο, Ιρλανδία 3D ανάλυση τεμνόμενων εκσκαφών

44 ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΠΡΑΝΩΝ Γέφυρα Πλατανόβρυσης (Υ/Η Εργο Θησαυρού Δράμας

45 ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΠΡΑΝΩΝ Αποφόρτιση λόγω διαβρώσεων bάθους ~60m σε 300 χρόνια Σταθεροποίηση κλιτύων μεσαιωνικής πόλης CIVITA di BAGNOREGIO, Ιταλία

46 ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΠΡΑΝΩΝ (Σεισμική ευστάθεια) Σταθεροποίηση κλιτύων κτιριακού συγκροτήματος μονής στη Χερσόνησο Άθω

47 ΕΙΔΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Καθίζηση θαλάσσιας εξέδρας στη Βόρεια Θάλασσα λόγω άντλησης πετρελαίου σε βάθος 4.5 km(!)

48 ΕΙΔΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Υπογειοποίηση σιδηροδρομικής γραμμής (αλληλεπίδραση προκατασκευασμένου τόξου με λιθοσύντριμα επίχωσης και πλευρικά πρανή ορύγματος)