MSc Μηχανικός Έργων Υποδομής ΤΕ, ΑΤΕΙ Θεσ-νίκης Δρ Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής, ΑΤΕΙ Θεσ-νίκης

Transcript

1 Χαρακτηριστικά τριβής δυο ιζηματογενών πετρωμάτων Frictional characteristics of two sedimentary rocks ΤΖΙΛΙΝΗ, Μ.Γ. ΠΑΠΑΛΙΑΓΚΑΣ, Θ.Θ. ΧΡΗΣΤΑΡΑΣ, Β.Γ. MSc Μηχανικός Έργων Υποδομής ΤΕ, ΑΤΕΙ Θεσ-νίκης Δρ Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής, ΑΤΕΙ Θεσ-νίκης Δρ Γεωλόγος, Καθηγητής, Α.Π.Θ ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Άρρηκτα δοκίμια ψαμμίτη και ιλυόλιθου από την ιζηματογενή λεκάνη των Γρεβενών υποβλήθηκαν σε τριαξονική θλίψη (εύρος τιμών πλευρικής πίεσης 0-70 MPa) και προσδιορίστηκε η τιμή της γωνίας τριβής που αντιστοιχεί στη μετάπτωση της συμπεριφοράς από ψαθυρή σε όλκιμη. Από ανεξάρτητη σειρά δοκιμών άμεσης διάτμησης ασυνεχειών των δυο πετρωμάτων (εύρος ορθών τάσεων 0-2 MPa) προσδιορίστηκε η τιμή της γωνίας τριβής που προκύπτει μετά την απάλειψη της συνιστώσας της διαστολής. Η διαφορά των τιμών της γωνίας τριβής στους δυο τύπους δοκιμών είναι μικρότερη από 1 και για τους δυο τύπους πετρωμάτων και υποδηλώνει ότι οι αντίστοιχες εντατικές καταστάσεις είναι ισοδύναμες. ABSTRACT : Intact samples of sandstone and siltstone from the sedimentary basin of Grevena were subjected to triaxial compression (range of confining pressure 0-70 MPa), and the friction angle that corresponds to the brittle-ductile transition was determined. An independent series of direct shear tests on joints sampled from the two rocks (range of normal stress 0-2 MPa) was carried out and the friction angle obtained after eliminating the effect of dilation was determined. The difference in the values obtained from the two types of tests was less than 1, for both rock types, and indicates that the corresponding stress states are equivalent. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η μηχανική συμπεριφορά των βραχωδών σχηματισμών εξαρτάται τόσο από τα μηχανικά χαρακτηριστικά του άρρηκτου πετρώματος όσο και από τη διάταξη και τα μηχανικά χαρακτηριστικά των ασυνεχειών. Η διατμητική αντίσταση άρρηκτων βραχωδών υλικών εξετάζεται πληρέστερα με τη βοήθεια της δοκιμής τριαξονικής θλίψης ενώ η διατμητική αντίσταση κατά μήκος ασυνεχειών προσδιορίζεται με τη δοκιμή άμεσης διάτμησης. 1.1 Δοκιμή τριαξονικής θλίψης Τα πλήρη διαγράμματα αξονικής τάσης (σ 1 ) - αξονικής παραμόρφωσης (ε 1 ) για διάφορες τιμές της πλευρικής πίεσης έχουν τη μορφή του Σχήματος 1a, που αφορούν σε δοκίμια μαρμάρου Carrara (von Karman, 1911). Η τιμή που αναγράφεται σε κάθε καμπύλη δείχνει την αντίστοιχη πλευρική πίεση. Με την αύξηση της πλευρικής πίεσης: (α) Η αντοχή αυξάνεται, (β) η συμπεριφορά αλλάζει από ψαθυρή σε όλκιμη, (γ) η ολκιμότητα (ικανότητα μεγάλης παραμόρφωσης χωρίς θραύση) αυξάνεται σημαντικά, (δ) η πτώση τάσης που παρατηρείται μετά τη μέγιστη αντοχή μειώνεται βαθμιαία και εξαφανίζεται τελείως σε υψηλές τιμές της πλευρικής πίεσης και (ε) η επίδραση της πλευρικής πίεσης στη διατμητική αντοχή μειώνεται. Η καμπύλη σ 1 -σ 3 για άρρηκτο υλικό και η καμπύλη της αντίστασης τριβής

2 τέμνονται σε μια τιμή της πλευρικής πίεσης, όπου η συμπεριφορά του υλικού από ψαθυρή βαθμιαία μεταπίπτει σε όλκιμη Πέρα από την πίεση αυτή η αντίσταση σε τριβή κατά μήκος της επιφάνειας αστοχίας είναι μεγαλύτερη από την πλαστική παραμόρφωση του δοκιμίου και έτσι η παραμόρφωση δεν πραγματοποιείται με ρηγμάτωση και σχετική μετακίνηση των δυο τοιχωμάτων αλλά με παραμόρφωση του δοκιμίου στο σύνολό του. Η καμπύλη στην οποία η διαφορά της μέγιστης και της παραμένουσας τιμής μηδενίζεται (ελαστοπλαστική μορφή διαγράμματος), όπως είναι η καμπύλη για σ 3 =67 MPa στο Σχήμα 1, αντιστοιχεί στη χαρακτηριστική τάση μετάπτωσης της συμπεριφοράς από ψαθυρή σε όλκιμη (brittle-ductile transition). Υπάρχουν δυο απλοποιημένοι μηχανισμοί παραμόρφωσης των βραχωδών υλικών με τη βοήθεια των οποίων ερμηνεύεται η μετάβαση από την ψαθυρή στην όλκιμη συμπεριφορά με την αύξηση της πλευρικής πίεσης. Οι τύποι αυτοί έχουν χαρακτηριστεί από τον Mogi (1972, 1974) ως τύπος Α (Σχήμα 1b) και τύπος Β (Σχήμα 1c) και αντιπροσωπεύουν δυο οριακές καταστάσεις παραμόρφωσης σε χαμηλές θερμοκρασίες: Ο τύπος Α αντιστοιχεί σε βραχώδη υλικά που παραμορφώνονται στην πλαστική περιοχή αποκλειστικά με κρυσταλλική πλαστική παραμόρφωση (crystal plasticity), ενώ ο τύπος Β αποκλειστικά με κατακλαστική ροή (cataclastic flow). Ορισμένα ανθρακικά πετρώματα, ιδιαίτερα σε υψηλές θερμοκρασίες ακολουθούν συμπεριφορά τύπου Α, ενώ τα χαλαζιακά πετρώματα ακολουθούν συμπεριφορά τύπου Β. Στην πραγματικότητα όμως τα περισσότερα πετρώματα ακολουθούν μια ενδιάμεση συμπεριφορά και στην περιοχή της μετάπτωσης από ψαθυρή σε όλκιμη συμπεριφορά συνυπάρχει τόσο ψαθυρή θραύση όσο και πλαστική παραμόρφωση (Mogi, 1974). Κατά τον Orowan (1960) η πτώση τάσης που ακολουθεί τη θραύση δεν συμβαίνει σε υψηλές πλευρικές πιέσεις επειδή η αντίσταση τριβής κατά μήκος της επιφάνειας ρηγμάτωσης υπερβαίνει τη διατμητική αντοχή του βραχώδους υλικού (υπόθεση Orowan). Σύμφωνα με τον Byerlee (1968) η ψαθυρή ή όλκιμη κατάσταση ορίζεται ανάλογα με τον αν παρατηρείται ή όχι πτώση τάσης μετά τη ρηγμάτωση του δοκιμίου (η διαφορά μεταξύ μέγιστης και παραμένουσας αντοχής μηδενίζεται). Η πλευρική πίεση που αντιστοιχεί στη μεταβατική (a) (b) (c) Σχήμα 1.(a). Διαγράμματα εκτροπικής τάσης-ανηγμένης παραμόρφωσης σε άρρηκτα δοκίμια μαρμάρου Carrara, για διάφορες τιμές πλευρικής πίεσης σε MPa (von Karman, 1911). (b-c). Σχέση εκτροπικής τάσης-πλευρικής πίεσης για τους δυο μηχανισμούς παραμόρφωσης (b: τύπος Α, c: τύπος Β) κατά Mogi (1972,1974). Figure 1. (a). Stress difference-axial deformation diagrams in intact samples of Carrara marble, for different confining pressures given in MPa (von Karman, 1911). (b-c). Relation between stress difference and confining pressure for two deformation mechanisms (b: type Α, c: τύπος Β), after Mogi (1972, 1974).

3 περιοχή ψαθυρής-όλκιμης συμπεριφοράς είναι ανεξάρτητη του τύπου του πετρώματος και η υπόθεση Orowan έχει γενική ισχύ, ενώ η γωνία τριβής συνδέεται με τις τάσεις σ 1 και σ 3 με τη σχέση: σ1 σ3 sinφ (1) σ σ 1 3 Από την οικογένεια καμπυλών του Σχήματος 1, η πλέον κατάλληλη για υπολογισμό της γωνίας τριβής είναι εκείνη που αντιστοιχεί σε σ 3 =67 MPa, με αντίστοιχη τιμή της εκτροπικής τάσης σ 1 -σ 3 =282 MPa, οπότε σ σ 282 sinφ 1 3 0,678 σ σ 282 2x67 και φ=42, Δοκιμή άμεσης διάτμησης ασυνεχειών Η αντίσταση τριβής αποτελεί την κύρια συνιστώσα της διατμητικής αντοχής ασυνεχειών και προκύπτει από δοκιμές διάτμησης ασυνεχειών σε κατάλληλο εύρος τιμών ορθών τάσεων. Η δεύτερη συνιστώσα είναι η συνιστώσα της διαστολής η οποία οφείλεται στην τραχύτητα της επιφάνειας του δοκιμίου. Η συνιστώσα τριβής μιας φυσικής επιφάνειας εξαρτάται από την αδρότητά της και διαφοροποιείται στην περίπτωση που μια επιφάνεια διαμορφώνεται με τεχνητά μέσα (π.χ. με κοπή), καθώς η επιφανειακή αδρότητα στην περίπτωση αυτή αλλοιώνεται. Η αντίσταση τριβής μιας επιφάνειας μπορεί επίσης να προκύψει από δοκιμές τριαξονικής θλίψης σε κατάλληλα διαμορφωμένα κυλινδρικά δοκίμια, τα οποία περιέχουν με προϋπάρχουσα ασυνέχεια. Με όρους γωνιών, η συνολική διατμητική αντοχή μιας ασυνέχειας δίνεται από τη σχέση (Hencher & Richards, 1983): φ p φ ψ (2) m Όπου φ p η μέγιστη γωνία τριβής, φ m η γωνία τριβής μεταξύ δυο επιφανειών με φυσική αδρότητα και ψ η γωνία διαστολής. Όταν σε μια φυσική ασυνέχεια εφαρμόζεται συγκεκριμένη ορθή τάση, τα τοιχώματα της έρχονται σε επαφή σε ορισμένες μόνο περιοχές, οι οποίες αποτελούν ένα μικρό ποσοστό (ενδεικτικά 1/100-1/1000) της συνολικής επιφάνειας της ασυνέχειας και συνεπώς η πραγματική ορθή τάση είναι σημαντικά υψηλότερη της αντίστοιχης ονομαστικής. Ενδεικτικά για ποσοστό πραγματικής επιφάνειας επαφής 1%, η πραγματική ορθή τάση που αναπτύσσεται στις περιοχές επαφής όταν ονομαστική ορθή τάση ίση με 1 MPa είναι 100πλάσια, δηλ. 100 ΜPa. H τιμή αυτή είναι τόσο υψηλή ώστε η δημιουργούμενη κατάσταση να είναι αντίστοιχη με αυτή της μεταβατικής περιοχής μεταξύ ψαθυρής και όλκιμης συμπεριφοράς (Papaliangas κ.α., 1995). Στόχος της εργασίας αυτής είναι η σύγκριση των τιμών της γωνίας τριβής που προκύπτουν από τους δυο προαναφερθέντες τύπους εργαστηριακών δοκιμών σε δυο τύπους ιζηματογενών πετρωμάτων (ψαμμίτη και ιλυόλιθο) από την ιζηματογενή λεκάνη των Γρεβενών. 2. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Από γεωτεκτονική άποψη η Πλειοκαινική Πλειστοκαινική λεκάνη των Γρεβενών ανήκει στο δυτικό όριο της Πελαγονικής ζώνης και μέρος του ανατολικού της τμήματος στην Υποπελαγονική ζώνη. Το αλπικό-προαλπικό υπόβαθρο της περιοχής αποτελείται από κάτω προς τα πάνω από α) γνευσίους, αμφιβολίτες, μεταδιαβάσες και σχιστόλιθους, β) ασβεστόλιθους, γ) οφιόλιθους και άλλα ιζήματα βαθιάς θάλασσας, δ) ασβεστόλιθους και φλύσχη (Brunn, 1956; Pavlides and Mountrakis, 1987).

4 Υπερκείμενοι του υποβάθρου σχηματισμοί είναι τα Μειοκαινικά μολλασικά ιζήματα τα οποία αποτελούνται από διαφορετικής λιθολογικής σύστασης υλικά, κυρίως κροκαλοπαγή, ψαμμίτες, μάργες και ιλυόλιθους. Το πάχος της ιζηματογενής αυτής σειράς εκτιμάται στα με m (Brunn, 1956). Πάνω από τα ιζήματα αυτά τοποθετούνται εναλλαγές κροκαλοπαγών, ψαμμιτών και μαργών. Ακολουθούν τα Πλειο-Πλειστοκαινικά ιζήματα με μέσο πάχος 200m τα οποία από κάτω προς τα πάνω συνίστανται από κροκαλοπαγή, άμμους, κροκάλες και ψαμμίτες. Οι ανώτεροι σχηματισμοί τα Πλειστοκαινικά-Ολοκαινικά ιζήματα αποτελούνται από υλικά ποταμών και χειμάρρων, πρόσφατες αλλουβιακές αποθέσεις από άμμους, άργιλο, κροκάλες και χαλαρά υλικά (Mουντράκης, 1988). Στην ευρύτερη περιοχή μελέτης κυριαρχούν μεγάλης κλίμακας ρήγματα διεύθυνσης ΒΑ- ΝΔ και ΑΒΑ-ΔΝΔ. Η κύρια ενεργός τεκτονική δομή είναι το ρήγμα του Αλιάκμονα. Τμήμα του ρήγματος αυτού αποτελεί το ΑΒΑ - ΔΝΔ (Β 70 ) διεύθυνσης και 30km μήκους σεισμικό ρήγμα Ρυμνίου - Παλαιοχωρίου Σαρακήνας Κεντρί Νησί, το οποίο ήταν υπεύθυνο για το σεισμό της 13 ης Μαΐου 1995 Κοζάνης M 6.6 (Mουντράκης, 1988, Παυλίδης, 1995). 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ Για τη σύγκριση των τιμών της γωνίας τριβής που προκύπτουν από τους δυο τύπους εργαστηριακών δοκιμών, εκτελέστηκαν δυο ανεξάρτητα προγράμματα εργαστηριακών δοκιμών σε δοκίμια ψαμμίτη και ιλυόλιθου. Το πρώτο πρόγραμμα περιλάμβανε δοκιμές τριαξονικής θλίψης σε άρρηκτο υλικό με σκοπό τον προσδιορισμό της γωνίας τριβής που προκύπτει από την εντατική κατάσταση που αντιστοιχεί στη μετάπτωση της συμπεριφοράς από ψαθυρή σε όλκιμη. Χρησιμοποιήθηκαν κυλινδρικά δοκίμια ονομαστικής διαμέτρου 54 mm και λόγο διαμέτρου/ύψος 1:2 σε πλευρικές πιέσεις 0-70 MPa. Το δεύτερο πρόγραμμα περιλάμβανε δοκιμές άμεσης διάτμησης σε ασυνέχειες τόσο φυσικές όσο και τεχνητές (που προέκυψαν από εφελκυστική θραύση αρχικά άρρηκτων δοκιμίων) σε ορθές τάσεις από 0 έως 2 MPa. Από τις δοκιμές αυτές προσδιορίστηκε η γωνία τριβής που αντιστοιχεί σε επίπεδη επιφάνεια με φυσική αδρότητα ως διαφορά της συνολικής γωνίας τριβής και της γωνίας διαστολής (Hencher & Richards, 1983). Πραγματοποιήθηκαν επίσης δοκιμές σημειακής φόρτισης και έμμεσου εφελκυσμού (Brazilian test). Όλες οι δοκιμές εκτελέστηκαν σύμφωνα με τις οδηγίες και προδιαγραφές της Διεθνούς Ένωσης Βραχοµηχανικής (Ι.S.R.M.) και τις αντίστοιχες ελληνικές προδιαγραφές του ΥΠΕΧΩ Ε (Ε103-84). 3.1 Δοκιμές τριαξονικής θλίψης σε δοκίμια άρρηκτου πετρώματος Για το άρρηκτο πέτρωμα πραγματοποιήθηκαν δοκιμές τριαξονικής θλίψης σε κυλινδρικά δοκίμια άρρηκτου πετρώματος ονομαστικής διαμέτρου 54 mm και λόγο διαμέτρου/ύψος 1:2 σε πλευρικές πιέσεις 0-70 MPa με τη βοήθεια της τυποποιημένης τριαξονικής κυψέλης Hoek. Τα αποτελέσματα δίνονται στα Σχήματα 2 και 3 για τον ψαμμίτη και τον ιλυόλιθο αντίστοιχα. Η τιμή δίπλα σε κάθε καμπύλη στα διαγράμματα εκτροπικής τάσης (σ 1 -σ 3 )-ανηγμένης αξονικής παραμόρφωσης (ε 1 ) δείχνει την αντίστοιχη πλευρική πίεση σε MPa. Για τον ψαμμίτη, σε χαμηλές τιμές της πλευρικής πίεσης (σ 3 =0 έως 50 MPa), η αστοχία του δοκιμίου γίνεται με ψαθυρό τρόπο, γεγονός που αποτυπώνεται από την πτώση της τάσης που παρατηρείται μετά τη μέγιστη τιμή κάθε δοκιμής (σαφής διαφορά τιμών μέγιστης και παραμένουσας αντοχής). Με την αύξηση της πλευρικής πίεσης, η αντοχή αυξάνει, ενώ η πτώση τάσης μειώνεται βαθμιαία και τείνει να μηδενιστεί σε υψηλές τιμές της πλευρικής πίεσης. Για σ 3 =70 MPa η πτώση είναι πολύ μικρή και η συμπεριφορά του δοκιμίου προσεγγίζει την ιδεατή ελαστική πλαστική. Η καμπύλη αυτή μπορεί να θεωρηθεί ότι αντιστοιχεί στην μετάπτωση της συμπεριφοράς από ψαθυρή σε όλκιμη. Σημειώνεται ότι επειδή η μέγιστη τιμή της πλευρικής πίεσης που μπορεί να εφαρμοστεί από την τυποποιημένη τριαξονική κυψέλη Hoek είναι 70 MPa, η διεξαγωγή δοκιμών περιορίστηκε

5 (a) (b) Σχήμα 2. Αποτελέσματα δοκιμών τριαξονικών θλίψης σε άρρηκτα δείγματα ψαμμίτη. (a) Ενδεικτικά διαγράμματα τάσεων-παραμορφώσεων και (b) Διάγραμμα τάσεων σ 1 -σ 3. Figure 2. Results of triaxial compression tests on intact siltstone samples. (a) Indicative stress-strain diagrams and (b) σ 1 -σ 3 diagram στο εύρος 0-70 MPa. Για πλευρική πίεση σ 3 =70 MPa η αντίστοιχη αξονική αντοχή είναι 251 MPa (μέση τιμή τριών δοκιμών), οπότε η αντίστοιχη γωνία τριβής προκύπτει με εφαρμογή της σχέσης (1) ως: σ1 σ sinφ 0,564 και φ 34, 3 σ σ Η τιμή αυτή είναι ίδια με τη μέση τιμή που προέκυψε από ανάλυση βιβλιογραφικών δεδομένων 20 διαφορετικών τύπων ψαμμίτη (Πίνακας 1). Πίνακας 1. Τιμές γωνίας τριβής τριών κοινών τύπων πετρωμάτων (Papaliangas,1999) Table 1: Friction angle of three common rock types (Papaliangas, 1999) A/A Τύπος Πλήθος ανεξάρτητων Γωνία τριβής ( ) πετρώματος σετ δεδομένων Μέση τιμή Τυπ. απόκλιση 1 Ασβεστόλιθος 17 41,6 4,0 2 Μάρμαρο 11 42,9 2,1 3 Ψαμμίτης 20 34,2 3,3 Για τον ιλυόλιθο, από τις δυο δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν σε πλευρική πίεση σ 3 =70 MPa, η μια έδωσε εικόνα όλκιμης συμπεριφοράς και η άλλη ψαθυρής, για το λόγο αυτό η πίεση λήφθηκε ότι αντιστοιχεί στη μετάπτωση από ψαθυρή σε όλκιμη κατάσταση με αντίστοιχη αξονική αντοχή ίση με τη μέση τιμή τους σ 1 =0,5 ( ) = 232 MPa. Η γωνία τριβής στην περίπτωση αυτή θα είναι: σ1 σ sinφ 0,536 και φ 32, 4 σ σ

6 ( c ) (d) Σχήμα 3. Αποτελέσματα δοκιμών τριαξονικών θλίψης σε άρρηκτα δείγματα ιλυόλιθου. (a) Ενδεικτικά διαγράμματα τάσεων-παραμορφώσεων και (b) Διάγραμμα τάσεων σ 1 -σ 3. Figure 3. Results of triaxial compression tests on intact siltstone samples. (a) Indicative stress-strain diagrams and (b) σ 1 -σ 3 diagram Στα Σχήματα 4 (a, c) δίνονται οι κύκλοι Mohr που αντιστοιχούν στη μετάπτωση από ψαθυρή σε όλκιμη συμπεριφορά των δυο πετρωμάτων. 3.2 Δοκιμές άμεσης διάτμησης ασυνεχειών Η σειρά εργαστηριακών δοκιμών διάτμησης περιλαμβάνει δοκιμές σε δείγματα ψαμμίτη και ιλυόλιθου υπό το ίδιο βάρος τους (ισοδύναμη ορθή τάση περίπου 5-7 kpa) και σε άλλες 7 ορθές τάσεις το καθένα, στο εύρος τιμών 0,025-2,00 MPa. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε ειδική συσκευή διάτμησης του Εργαστηρίου Γεωμηχανικής του Αλεξάνδρειου ΤΕΙ Θεσσαλονίκης, η οποία έχει την ικανότητα να δέχεται δοκίμια μήκους μέχρι και 1,20m, και να ασκεί διατμητική δύναμη μέχρι 300kN και ορθή δύναμη μέχρι 250 kn. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών υπήρχε συνεχής καταγραφή, με τη βοήθεια ηλεκτρικών μηκυνσιομέτρων και κυψελών φορτίου της διατμητικής και ορθής μετατόπισης καθώς και της διατμητικής δύναμης. Για κάθε ζεύγος τιμών διατμητικής (τ) και ορθής (σ) τάσης προσδιορίστηκε με τη βοήθεια της στιγμιαίας γωνίας διαστολής (ψ) η διατμητική και η ορθή τάση (τ1 και σ1) που αντιστοιχούν σε διάτμηση μιας επίπεδης επιφάνειας με φυσική υφή, δηλαδή διάτμηση χωρίς διαστολή (ή διάτμηση υπό συνθήκες σταθερού όγκου). Η μέθοδος προσδιορισμού αναλύεται από τους Hencher & Richards (1989) και βασίζεται στην εξομοίωση της διατμητικής κίνησης κατά μήκος ενός κεκλιμένου επιπέδου, γωνίας κλίσης ίσης με τη στιγμιαία γωνία διαστολής (Σχήμα 5). Από ανάλυση τάσεων κατά τη διεύθυνση του κεκλιμένου αυτού επιπέδου (τ 1 ) και την κάθετό της (σ 1 ) προκύπτει: τ 1 σ 1 (τ cosψ σsinψ)cosψ (3) (σ cosψ τsinψ)cosψ (4)

7 2. Ιλυόλιθος 1. Ψαμμίτης (a) (b) ( c ) ( d ) Σχήμα 4. (a), (c): Κύκλοι Mohr για άρρηκτα δοκίμια ψαμμίτη και ιλυόλιθου στην περιοχή μετάπτωσης από ψαθυρή σε όλκιμη συμπεριφορά (σ 3 =70MPa). (b), (d): Διαγράμματα διατμητικής αντοχής-ορθής τάσης από δοκιμές άμεσης διάτμησης ασυνεχειών. Figure 4. (a), (c): Mohr circles for intact samples of sandstone and siltstone at the brittleductile transition (σ 3 =70MPa). (b),(d): Shear strength-normal stress diagrams from direct shear tests on rock joints. Τα αποτελέσματα των δοκιμών άμεσης διάτμησης ασυνεχειών των δυο πετρωμάτων, επεξεργασμένα με την ως άνω μέθοδο, δίνονται στα Σχήματα 4b και 4d, μαζί με τα διαγράμματα κύκλων Mohr που αντιστοιχούν στη μεταβατική περιοχή ψαθυρής-όλκιμης συμπεριφοράς άρρηκτων δοκιμίων, για συγκριτικούς λόγους. Οι τιμές της γωνίας τριβής που προκύπτουν μετά την αφαίρεση της συνιστώσας της διαστολής είναι 34,5 για τον ψαμμίτη και 33,2 για τον ιλυόλιθο. Οι τιμές αυτές είναι πρακτικά ίδιες με αυτές που προέκυψαν από τις δοκιμές τριαξονικής θλίψης στα άρρηκτα δείγματα των αντίστοιχων πετρωμάτων (34,2 και 33,3 αντίστοιχα). 3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η ανάλυση των αποτελεσμάτων της παρούσας εργασίας δείχνει ότι η γωνία τριβής στην επιφάνεια αστοχίας που δημιουργείται σε τριαξονική θλίψη σε τιμές πλευρικής πίεσης που αντιστοιχούν στην μετάπτωση της συμπεριφοράς από ψαθυρή σε όλκιμη ενός αρχικά

8 (Α) Άμεση διάτμηση ασυνεχειών (Β) Τριαξονική θλίψη άρρηκτου πετρώματος Σχήμα 5. Εντατική κατάσταση (Α) άμεσης διάτμησης μιας τραχειάς επιφάνειας ασυνέχειας και (Β) τριαξονικής θλίψης άρρηκτου βραχώδους υλικού. Figure 5. Stress state of (Α) a rough rock joint in direct shear and (B) an intact rock sample in triaxial compression. άρρηκτου πετρώματος είναι πρακτικά ίδια με τη γωνία τριβής που προκύπτει από δοκιμές άμεσης διάτμησης φυσικών ασυνεχειών του ιδίου πετρώματος αν από τη συνολική γωνία τριβής αφαιρεθεί η συνιστώσα της διαστολής. Το συμπέρασμα αυτό το οποίο βρίσκεται σε συμφωνία με άλλα πειραματικά στοιχεία (π.χ. Papaliangas 1999) έχει σημαντική πρακτική σημασία καθώς μπορεί να συμβάλει ουσιαστικά στην ερμηνεία της προέλευσης της διατμητικής αντοχής των ασυνεχειών πετρωμάτων καθώς και στον ποσοτικό προσδιορισμό της που να βασίζεται σε τεκμηριωμένες θεωρητικές αρχές. 4. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Brunn J. (1956). Contribution a L Etude Geologique du Pinde Septentrional et Dune Partie de la Macedoine occidentale, Ann Geol. Pays. Hellen., Vol. 7, pp Byerlee J.D. (1968). Brittle-ductile transition in rocks. J. Geophys. Res. Vol. 73, pp Hencher S.R. & Richards L.R. (1989). Laboratory direct shear testing of rock discontinuities. Ground Engng, Vol. 22, pp Mogi K. (1972).Fracture and flow of Rocks. Tectonophysics, Vol. 13, pp Mogi K. (1974). On the pressure dependence of strength of rocks and the Coulomb fracture criterion. Tectonophysics, Vol. 21, pp Orowan E (1960). Mechanism of seismic faulting. Geol. Soc. Amer. Memoirs, Vol 79, pp Papaliangas T.T., Hencher S.R. & Lumsden A.C. (1995). A comprehensive peak shear strength criterion for rock joints. Proc. 8 th Int. Congress on Rock Mechanics, Tokyo, Japan (Fuji T. Ed.), Vol. 1, pp Papaliangas,1999. Non-dilational Component of Peak Friction Angle of Rock Joints. Proc. 9 th Int. Congress on Rock Mechanics. Paris, France, Vol. 2, pp Pavlides S. and D. Mountrakis, (1987). Extensional tectonics of northwestern Macedonia, Greece, since the late Miocene, J. Struct. Geol., Vol. 9 (4), pp Von Karman Th. (1911).Festigkeitsversuche unter allseitigem Druck. Zeit. Des Verhandl. Deut. Ingr., Vol. 55, pp Mουντράκης Δ., (1988). Συνοπτική Γεωτεκτονική εξέλιξη του ευρύτερου Ελληνικού χώρου. Τµήµα Γεωλογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης.