ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ

Transcript

1 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Σημειώσεις παραδόσεων Καθηγητή Σ Κ Μπαντή Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τομέας Γεωτεχνικής Μηχανικής 2010

2 Η ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ ΩΣ ΔΟΜΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΓΕΩΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ σ 1 σ 1 σ 3 ΑΡΧΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΥΝΕΧΕΣ ΥΛΙΚΟ ΙΣΟΤΡΟΠΟ ΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΑΣΥΝΕΧΕΣ ΥΛΙΚΟ ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΟ ΜΟΝΙΜΕΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ π.χ. πτυχώσεις ΑΣΤΟΧΙΑ ΥΛΙΚΩΝ, π.χ. ρήγματα, διακλάσεις

3 Η ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ ΩΣ ΔΟΜΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΓΕΩΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ σ 1 σ 1 σ 3 ΑΡΧΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΑΣΗ ΤΑΣΗ ΤΑΣΗ ΤΡΟΠΗ ΤΡΟΠΗ ΤΡΟΠΗ

4 ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΤΟΧΗ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΥΠΕΡΕΚΣΚΑΦΗ ΛΟΓΩ ΚΑΤΑΠΤΩΣΕΩΝ ΟΡΟΦΗΣ ΚΑΤΑΠΤΩΣΕΙΣ ΛΟΓΩ ΑΝΑΤΡΟΠΗΣ

5 ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΣΤΗΝ ΑΝΤΟΧΗ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΑΥΞΑΝΟΜΕΝΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΑΥΞΑΝΕΤΑΙ Ο ΑΡΙΘΜΟΣ ΤΩΝ ΕΜΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ (ΔΗΛ. ΤΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΑΔΥΝΑΜΙΑΣ)

6 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΙΣΟΤΡΟΠΗΣ ΚΑΙ ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΙΣΟΤΡΟΠΗ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ ΘΡΑΥΣΗ ΔΙΑ ΜΕΣΟΥ ΤΟΥ ΑΚΕΡΑΙΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΗ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ ΘΡΑΥΣΗ ΚΑΤΑ ΜΗΚΟΣ ΠΡΟΥΠΑΡΧΟΥΣΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ

7 Η γεωμετρία των ασυνεχειών της βραχόμαζας σε σχέση με τις ελεύθερες επιφάνειες επιφανειακών ή υπόγειων εκσκαφών καθορίζουν τους δυνητικούς μηχανισμούς αστάθειας. Οι μηχανισμοί εκδηλώνονται με σχετικές μετακινήσεις των τεμαχίων της βραχομάζας, δια μέσου μηχανισμών εφελκυστικής αποκόλλησης διατμητικής ή περιστροφικής ολίσθησης. Εφόσον η εφελκυστική αντοχή των ασυνεχειών είναι πρακτικά μηδενική και το επικρατούν αυτεντατικό καθεστώς σε μια βραχόμαζα είναι θλιπτικού χαρακτήρα, η κύρια συνιστώσα αντοχής είναι η διατμητική.

8 ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΥΝΕΧΕΙΩΝ 1 ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ 2 ΚΑΤΑΠΤΩΣΗ ΣΦΗΝΟΕΙΔΟΥΣ ΟΓΚΟΥ

9 ΣΦΗΝΟΕΙΔΗΣ ΟΛΙΣΘΗΣΗ ΣΤΟ ΜΕΤΩΠΟ ΠΡΑΝΟΥΣ

10 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ Η ΑΝΤΟΧΗ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΘΑ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΣΥΝΔΕΕΕΤΑΙ ΜΕ ΤΟΝ ΕΝ ΔΥΝΑΜΕΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ΑΣΤΑΘΕΙΑΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΥΠΟ ΦΟΡΤΙΣΗ

11 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ σ (ορθή τάση) Φ τ (διατμητική τάση) Όταν δύο μακροσκοπικά λείες, εφαπτόμενες επιφάνειες βράχου υποβληθούν σε διάτμηση, ενεργοποιείται το φαινόμενο της τριβής. Αν τ είναι η διατμητική τάση, που αντιστοιχεί σε ορθή τάση σ κατά την οριακή ισορροπία, τότε ο συντελεστής στατικής τριβής (μ) ορίζεται από τη σχέση: όπου Φ είναι η γωνία τριβής. u (διατμητική μετατόπιση) τ = τ/σ = tanφ ή τ = σ. tanφ

12

13 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ σ (ορθή τάση) Φ τ (διατμητική τάση) Ως διατμητική αντοχή ορίζεται η διατμητική τάση (τ) που δύναται να παραλάβει μια ασυνέχεια, υπό δεδομένες συνθήκες κάθετης φόρτισης (σ) και σχετικής μετατόπισης (u). Οι παράγοντες που επηρρεάζουν τη διαθέσιμη διατμητική αντοχή είναι: τ u (διατμητική μετατόπιση) Μέγιστη διατμητική αντοχή το μέγεθος της ορθής τάσης, σ η διατμητική μετατόπιση, u τα φυσικά χαρακτηριστικά της ασυνέχειας Ελάχιστη ή παραμένουσα διατμητική αντοχή u

14 σ n σ n u τ τ τ v τ Η v προέρχεται από εκτροπή της μέσης διεύθυνσης επιβολής της διατμητικής τάσης τ, λόγω της γεωμετρικής μορφής (ανεπιπεδότητας) των επιφανειών. Η ανεπιπεδότητα των ασυνεχειών χαρακτηρίζεται ως τραχύτητα (σε κλίμακα παρατήρησης μέχρι μερικών εκατοστομέτρων) ή ανεπιπεδότητα κυματοειδούς μορφής σε μεγαλύτερη κλίμακα. Η ανεπιπεδότητα και η υπερκαθήμενη τραχύτητα διαβαθμίζονται μεταξύ σχεδόν ομαλών επιφανειών και πολύ τραχείων..

15 1 cm 1 m

16 σ n u τ v τ Κατά τη σχετική μετατόπιση δύο σωμάτων σε επαφή δια μέσου μιας τραχείας διεπιφάνειας, η αντίσταση ολίσθησης θα είναι αυξημένη εξ αιτίας της εμπλεκόμενης τραχύτητας των δύο επιφανειών. Η αύξηση οφείλεται στο ότι η μετατόπιση θα λάβει χώρα κατά μήκος αριθμών κεκλιμένων επαφών μεταξύ των δύο σωμάτων, που αποτελούν τις παρειές των ανωμαλιών της επιφάνειας.

17 Επίδραση της διατμητικής μετατόπισης u u τ Μέγιστη διατμητική αντοχή Ελάχιστη ή παραμένουσα διατμητική αντοχή u

18 Επίδραση της ορθής τάσης, σ τ τ σ u σ

19 Επίδραση της ορθής τάσης, σ Φ = arctan ( τ / σ ) σ Α σ Β τ Φ Δ Φ Γ Φ Φ Β Φ Α σ Δ σ σ Γ

20 Επίδραση των φυσικών χαρακτηριστικών Τραχύτητα ανεπιπεδότητα τοιχωμάτων των ασυνεχειών 1 cm 1 m

21

22 Ν Φ Τ Τ Ν Φ+ i Φ+ i i Τ Φ Ν

23 Ολίσθηση σώματος κατά μήκος κεκλιμένης επιφάνειας Ν Φ+ i Τ = Τcosi - Nsini (1) N = Ncosi + Tsini (2) T = (Τ + Νsini) / cosi (3) N = (Τ + Νsini) / cosi (4) Τ i Ν Τ Αντικαθιστώντας Ν στη σχέση (1) με την (4) και Τ στη σχέση (2) με την (3): T = T cosi + Nsini (5) N = Ncosi - T sini (6) Η αντίσταση σε ολίσθηση ορίζεται με τη σχέση: Τ = Ν tan Φ (7) όπου Φ = γωνία τριβής κατά μήκος λείων επιφανειών. Η αντίσταση ολίσθησης κατά μήκος του κεκλιμένου επιπέδου περιγράφεται από τη σχέση: Τ = Ν tan Φ ολ (8) όπου Φ ολ = ολική γωνία τριβής ήτοι συνολική αντίσταση έναντι τριβής (Φ) και ολίσθηση σε επιφάνεια κλίσεως (i).

24 Τ Τcosi+ NSini TanΦ ολ = = Ν Ncosi- Tsini (9) Αντικαθιστώντας Τ κατά την (5) : T N = Ν cosi tanφ + Ν sini Ν cosi- Ν sini tanφ = = tanφ + tani 1- tanφ tani tan Φ ολ = tan (Φ + i) Φ ολ = Φ + i

25 ΜΕΓΙΣΤΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ

26 ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΑΝΕΠΙΠΕΔΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ Φ ολ = Φ bo + d no + S A o Φ b o d n o S A o = = = συνιστώσα διατμητικής αντοχής λείας και επίπεδης επιφάνειας "γωνιακή" συνιστώσα διαστολής (tan d no = dv / du) "γωνιακή συνιστώσα αντοχής του πετρώματος που οφείλεται σε θραύσητωνμορφολογικώνανωμαλιώντων επιφανειών

27 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ ΗΔΙΑΣΤΟΛΗ ΠΡΟΣΘΕΤΕΙ ΜΙΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΣΥΝΙΣΤΩΣΑ ΣΤΗ ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ ΗΘΡΑΥΣΗ ΤΗΣ ΤΡΑΧΥΤΥΤΑΣ ΠΡΟΣΘΕΤΕΙ ΜΙΑ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΣΥΝΙΣΤΩΣΑ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΣΤΗ ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΗ ΣΥΝΟΧΗ ΒΑΣΙΚΗ ΓΩΝΙΑ ΤΡΙΒΗΣ ΕΠΙΠΕΔΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΟΡΘΗ ΤΑΣΗ

28 Εξέλιξη των συνιστωσών αντίστασης σε ολίσθηση κατά τη διάτμηση με αύξηση της ορθής τάσης.

29

30

31 Κριτήριο διατμητικής αντοχής ασυνεχειών κατά Barton-Bandis Συνάρτηση συνιστώσας διαστολής i με την τραχύτητα και μονοαξονική αντοχή του υλικού Γενική εξίσωση διατμητικής αντοχής

32 Τυπικές μορφές τραχύτητας ασυνεχειών που αντιστοιχούν στο ενδεικτικό εύρος τιμών JRC = 0-20

33

34 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΜΗΚΟΥΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΣΤΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ

35 Νομογράφημα εκτίμησης του δείκτη τραχύτητας ασυνεχειών JRC

36 Από εμπειρικούς συσχετισμούς : log σc = γr όπου σc = μονοαξονική αντοχή του υλικού στη μετρούμενη επιφάνεια R = αριθμός αναπήδησης

37

38

39

40

41

42