Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας

Transcript

1 Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 4 η Άσκηση: Αντοχή Βράχου Βραχόμαζας Ταξινομήσεις Βραχόμαζας Καθ. Β.Χρηστάρας Λεκτ. Β. Μαρίνος Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας

2 Ποιο είναι το υλικό που μελετάμε? Βραχόμαζα Άρρηκτο βράχο Ασυνέχειες

3 Άρρηκτος βράχος Ασυνέχειες

4 Ποιο είναι το υλικό που μελετάμε? Ασυνέχεια Άρρηκτος βράχος

5 Ασυνέχειες Άρρηκτος βράχος

6 Πως μπορεί να αστοχήσει η βραχόμαζα? Με ολίσθηση τεμάχους πάνω σε συγκεκριμένες ασυνέχειες. Στην περίπτωση αυτή ενδιαφέρουν οι παράμετροι που περιγράφουν τις ασυνέχειες ( Προσεχώς Στο επόμενο μάθημα ) Ως «οιωνεί» ομοιογενές και ισότροπο υλικό. Κάτι σαν έδαφος Στην περίπτωση αυτή ενδιαφέρουν οι παράμετροι που περιγράφουν τη βραχόμαζα ως σύνολο

7 Δοκίμιο με μία ασυνέχεια Άρρηκτος βράχος ή πολύ κερματισμένη βραχόμαζα

8 Πως μπορεί να αστοχήσει η βραχόμαζα? Οι διατμητικές τάσεις μπορεί να προκαλούν: σε άρρηκτο πέτρωμα: ψαθυρή θραύση υπό πολύ υψηλές τάσεις (π.χ. σε βαθιές σήραγγες). (Ισότροπη συμπεριφορά) στη βραχόμαζα: θραύση κατά μήκος σύνθετης επιφάνειας που εμπλέκει μια σειρά από διάφορες ασυνέχειες αλλά και διάρρηξη των γεφυρών του άρρηκτου βράχου μεταξύ των ασυνεχειών αυτών. (Ισότροπη συμπεριφορά) στις ασυνέχειες: θραύση κατά μήκος μίας ή δύο συγκεκριμένων ασυνεχειών (επίπεδες, σφηνοειδείς ολισθήσεις).(ανισότροπη συμπεριφορά)

9 Πως μπορεί να αστοχήσει η βραχόμαζα? Αστοχία βραχόμαζας ως ισότροπο μέσο Αστοχία κατά μήκος Συγκεκριμένων ασυνεχειών

10 Ποιο είναι το υλικό που μελετάμε? Βραχόμαζα Άρρηκτο βράχος Ασυνέχειες Ιδιότητες βραχόμαζας Ανομοιογενής Ανισότροπη Τα τεχνικά έργα σχεδόν κατά κανόνα κατασκευάζονται επί ή εντός κερματισμένου-διαταραγμένου βραχώδους υλικού (βραχόμαζα) και όχι σε άρρηκτο βράχο. Συνεπώς, τελικός στόχος οι ιδιότητες (αντοχή και παραμορφωσιμότητα ) της βραχόμαζας. Είναι πολύ δύσκολο να προσδιοριστούν οι παράμετροι που την περιγράφουν ως ενιαίο, ομοιογενές και ισότροπο υλικό

11 Για κάθε υλικό τι θέλουμε να ξέρουμε? Πως παραμορφώνεται για δεδομένη ένταση Δηλαδή σχέσεις τάσεων - παραμορφώσεων Απαραίτητα δεδομένα Ε, ν Πότε αστοχεί Δηλαδή την αντοχή του σε διάφορες καταπονήσεις Απαραίτητα δεδομένα οι παράμετροι αντοχής του κριτηρίου αστοχίας που χρησιμοποιείται

12 Για τη βραχόμαζα πως τα υπολογίζουμε? Αρχικά υπολογίζουμε τις παραμέτρους του άρρηκτου βράχου και στη συνέχεια με απομείωση αυτών. Απομείωση?.καταλήγουμε στις αντίστοιχες παραμέτρους της βραχόμαζας Άρα ας ξεκινήσουμε από τη μελέτη του άρρηκτου βράχου

13 Αστοχία και παραμόρφωση άρρηκτου βράχου Εργαστηριακές δοκιμές στο βράχο Μονοαξονικής φόρτισης Τριαξονικής φόρτισης Σημειακής φόρτισης (Point Load test) Άμεσης διάτμησης

14 Αστοχία και παραμόρφωση άρρηκτου βράχου Μονοαξονική φόρτιση

15 Θραύση του άρρηκτου βράχου Μονοαξονική θλιπτική αντοχή αναφέρεται στο μέγιστο επίπεδο τάσεων που μπορεί να φέρει ένα δείγμα βράχου Η μηχανική συμπεριφορά υπό απλή θλίψη περιγράφεται από την καμπύλη τάσης παραμόρφωσης: Μονοαξονική θλιπτική αντοχή

16 Παραμορφωσιμότητα άρρηκτου βράχου Το πέτρωμα ως ελαστικό μέσο (Ορισμός ελαστικού μέσου Ε= σ/ε) Μέτρο Παραμορφωσιμότητας Ε Πετρώματα Μη γραμμική ελαστικότητα Ε μεταβάλλεται με σ Ε μεταβάλλεται με φορά φορτίου (Ε max ) E συνάρτηση της δομής («αλληλοκλειδώματος κόκκων») Ε ξηρό Ε υγρό Ε μεγαλύτερο αν υπήρξε μεγάλη σε διάρκεια φόρτιση στο παρελθόν

17 Παραμορφωσιμότητα άρρηκτου βράχου

18 Παραμορφωσιμότητα - Θραύση άρρηκτου βράχου

21 Χαρακτηριστικές συμπεριφορές Προσέγγιση ελαστικής συμπεριφοράς όταν: σκληρά (π.χ. με πυριτικά ορυκτά) πυκνής δομής ελάχιστου πορώδους

22 σ σ σ σ Χαρακτηριστικές συμπεριφορές σ - ε σ - ε Ελαστική συμπεριφορά Ελαστική - Πλαστική συμπεριφορά ε π.χ. Βασάλτης ε π.χ. Ασβεστόλιθος σ - ε σ - ε Πλαστική- Ελαστική συμπεριφορά Πλαστική- Ελαστική -Πλαστική συμπεριφορά ε π.χ. Ψαμμίτης ε π.χ. Μάρμαρο

23 σ Χαρακτηριστικές συμπεριφορές σ - ε Ελαστική - Πλαστική - Ερπυστική ε π.χ Εβαπορίτες

24 Για τον άρρηκτο βράχο λοιπόν. Πότε αστοχεί Δηλαδή την αντοχή του σε διάφορες καταπονήσεις Απαραίτητα δεδομένα οι παράμετροι αντοχής του κριτηρίου αστοχίας που χρησιμοποιείται

25 Κριτήριο αστοχίας Hoek Brown για τον άρρηκτο βράχο σ σ σ 3 σ σ m ci i ci 0.5 σ ci m i Αντοχή του άρρηκτου βράχου σε μονοαξονική θλίψη Σταθερά του υλικού: εκφράζει το αλληλοκλείδωμα των κόκκων ορυκτών μεταξύ τους.

26 ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΉ ΑΝΤΟΧΉ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΙΣ ΙΔΙΌΤΗΤΕΣ MOHR - COULOMB Διατμητική αντοχή: Η τάση που πρέπει να εφαρμοστεί ώστε να προκληθεί η αμοιβαία μετατόπιση των κόκκων ή τεμαχών βράχου. Εκφράζεται από: Συνοχή c (KPa): Εκφράζει το δέσιμο των κόκκων (στον άρρηκτο) ή τεμαχών (στη βραχόμαζα) Γωνία εσωτερικής τριβής φ ( ο ): Τριβή ανάμεσα στα ορυκτά ή στα τεμάχη που αντιστέκεται στη διάτμηση

27 Η ευθεία - περιβάλλουσα θραύσης (Mohr-Coulomb) ταυτίζεται σε κάποιο σημείο (ανάλογα με την σ 3 ) με την καμπύλη (Hoek & Brown). Εκεί υπολογίζεται το c και φ. Κριτήριο αστοχίας Hoek Brown για τον άρρηκτο βράχο Υπολογισμός παραμέτρων διατμητικής αντοχής (c και φ) του άρρηκτου βράχου μέσω ταύτισης των δύο καμπύλων θραύσης Hoek Brown και Mohr Coulomb για συγκεκριμένη σ 3

28 Θραύση του άρρηκτου βράχου Τιμές ανεμπόδιστης θλίψης σ ci (UCS) Η αντοχή σε μονοαξονική φόρτιση εξαρτάται από: ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Συστατικά >200 ορυκτά Τρόπος σύνδεσης (δομή) Πολύ υψηλή αντοχή Υψηλή αντοχή Μέση αντοχή Χαμηλή αντοχή Πολύ χαμηλή αντοχή σ c (MPa) «κλείδωμα» κόκκων- συγκόλληση <20 <20 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Χαλαζίτης, δολερίτης, γάββρος, βασάλτης Μάρμαρο, γρανίτης, γνεύσιος, ασβεστόλιθος Ψαμμίτης, μαρμαρυγιακός σχιστόλιθος, μαργαϊκός ασβεστόλιθος Ψαμμίτης μέτρια συνεκτικός, τόφφος, ιλυόλιθος, αργιλικός σχιστόλιθος Ιλυόλιθος, αργιλικός σχιστόλιθος, κρητίς, ορυκτό αλάτι, αποσαθρωμένα πετρώματα Μαλακοί βράχοι <1 Έδαφος Από E. Hoek & P. Marinos, 2000

29 Τιμή σταθεράς m i ανά πέτρωμα Hoek & Marinos, 2000.

30 σ1 (MPa Κριτήριο αστοχίας Hoek Brown για τον άρρηκτο βράχο σ ci = 50MPa m i = σ ci 0 σ t σ3 (MPa)

31 σ1 (MPa Επίδραση σταθεράς υλικού m i mi=4 mi=17 mi= σ3 (MPa) Μεταβάλλει κυρίως την κλίση (γωνία τριβής)

32 σ1 (MPa Επίδραση σ ci σci=5 σci=30 σci= σ3 (MPa)

33 Πάμε λοιπόν στην άσκηση Β

34 ΑΝΤΟΧΗ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Γενικευμένο κριτήριο αστοχίας Hoek & Brown για βραχόμαζες: σ σ σ 3 σ σ m s 1 3 ci b ci a Κριτήριο αστοχίας Hoek & Brown για άρρηκτο βράχο: σ 3 σ σ m ci i σ σ ci 0.5 m b s a m i Απομειωμένα ανάλογα με το πόσο «απέχει» η βραχόμαζα από τον άρρηκτο βράχο Κριτήριο αστοχίας Mohr - Coulomb 1 3 tan c tan 45 2

35 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Εμπειρικές μέθοδοι «ποσοτικοποίησης» της ποιότητας της βραχόμαζας, με βάση κάποια χαρακτηριστικά της, όπως: Δομή - κερματισμός, αντοχή άρρηκτου βράχου, ποιότητα και πλήθος ασυνεχειών, παρουσία νερού κλπ. QNGI (Barton 1974) RMR (Bieniawski 1979) Γεωλογικός Δείκτης Αντοχής GSI (Hoek & Marinos 2000)* Α: Δομή GSI Β: Κατάσταση ασυνεχειών *Το σύστημα GSI χρησιμοποείται ευρέως σε όλο τον κόσμο και ιδιαίτερα στην Ελλάδα. Αποτελεί τμήμα των προδιαγραφών μελέτης και κατασκευή των έργων του Μετρό, της Εγνατίας Οδού, των έργων Οδοποιίας και Σιδηροδρόμου. Θεμελιώθηκε σε πολλές περιπτώσεις ασθενών βραχομαζών που αντιμετωπίστηκαν κατά τη μελέτη και κατασκευή τεχνικών έργων τις τελευταίες 2 δεκαετίες στην Ελλάδα.

36 ΑΝΤΟΧΗ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Για να προσδιορίσουμε την αντοχή της βραχόμαζας χρειαζόμαστε τις ακόλουθες παραμέτρους: 1. Αντοχή άρρηκτου βράχου (Εργαστηριακές δοκιμές) Μονοαξονική θλιπτική αντοχή σ ci Σταθερά υλικού m i 2. Παράγοντες απομείωσης της αντοχής του άρρηκτου βράχου Βαθμονόμηση της ποιότητας της βραχόμαζας (συστήματα ταξινόμησης, GSI, RMR) Διαταραχή της βραχόμαζας κατά την κατασκευή (D)

37 Κριτήριο αστοχίας Hoek Brown για την βραχόμαζα Η ταυτότητα της βραχόμαζας GSI Μονοαξονική θλιπτική αντοχή σ ci Σταθερά υλικού m i Μέσω του κριτηρίου Hoek and Brown και του GSI βρίσκουμε: την αντοχή (συνοχή c και γωνία τριβής φ) την παραμορφωσιμότητα Ε

38 Τύποι δομών βραχόμαζας ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ GSI Άρρηκτο πέτρωμα Άρρηκτο πέτρωμα με μία ασυνέχεια Τεμαχισμένη βραχόμαζα από τρεις ορθογωνίως τεμνόμενες ασυνέχειες Πολύ τεμαχισμένη βραχόμαζα από τέσσερις ή περισσότερες ασυνέχειες Στρωματώδης αλλά κερματισμένη και διαταραγμένη Αποδομημένη βραχόμαζα Γενικώς ισότροπη, ψαθυρή, ελαστική συμπεριφορά στα σκληρά πετρώματα Εντελώς ανισότροπη εξαρτάται από τον προσανατολισμό και την διατμητική αντοχή της ασυνέχειας Ανισότροπη ανάλογα με τον αριθμό, προσανατολισμό, εμμονή και αντοχή των ασυνεχειών Ευλόγως ισότροπη, έντονα διαστελλόμενη σε χαμηλές τάσεις, με θραύση των τεμαχιδίων σε υψηλές τάσεις Ανισότροπη ανάλογα με τον κερματισμό των επιπέδων στρώσης ή της σχιστότητας και της αντοχής των ασυνεχειών Ευλόγως ισότροπη Φυλλώδης/ Διατμημένη Ευλόγως ισότροπη, μικρή διαφορά μεταξύ αντοχών πετρώματος και ασυνεχειών. Θραύση τεμαχών ακόμη και σε χαμηλές τάσεις

39 ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Άρρηκτο πέτρωμα

41 ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Την ευστάθεια του πρανούς θα καθορίσει η αντοχή των ασυνεχειών. Δεν έχει νόημα να χρησιμοποιήσουμε ταξινόμηση, το υλικό είναι αυστηρά ανισότροπο.

43 ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Τεμαχισμένη βραχόμαζα Ο προσανατολισμός των ασυνεχειών είναι τέτοιος που δεν ευνοεί ολίσθηση του πρανούς κατά μήκος τους

45 ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Πολύ τεμαχισμένη βραχόμαζα Το υλικό μπορεί να θεωρηθεί ότι συμπεριφέρεται ισότροπα.

47 ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Στρωματώδης διαταραγμένη βραχόμαζα Η ανισοτροπία εξαρτάται από τη γεωμετρία της πτυχωσης ή της σχιστότητας.

49 ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Αποδομημένη βραχόμαζα Το υλικό μπορεί να θεωρηθεί ότι συμπεριφέρεται ισότροπα.

51 ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Διατμημένη βραχόμαζα Το υλικό μπορεί να θεωρηθεί ότι συμπεριφέρεται ισότροπα.

53 Σύστημα ταξινόμησης βραχόμαζας GSI Η τιμή της βαθμονόμησης προκύπτει ως συνδυασμός: i. της δομής και ii. της ποιότητας των ασυνεχειών GSI=60-70 Δεν έχει νόημα μοναδική τιμή πιο ρεαλιστικό το εύρος, π.χ

54 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ ΔΙΑΤΑΡΑΞΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ D

55 ΑΝΤΟΧΗ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Γενικευμένο κριτήριο αστοχίας Hoek & Brown για βραχόμαζες: σ σ σ 3 σ σ m s 1 3 ci b ci a m b m i GSI 100 exp 28 14D 100 exp GSI s 1 9 3D 1 1 GSI /15 20/ 3 a e e 2 6 m 0. 5 i

56 Σύγκριση των δύο περιπτώσεων σ 1 (MPa) Κριτήριο αστοχίας Hoek - Brown Intact Rock Rockmass σ ci GSI = 80 σci = 30MPa mi = σ cm σ (MPa)

57 Μέτρο Ελαστικότητας Βραχόμαζας Hoek, Carranza-Torres, Corkum, 2002 E m (GPa) = (1- D 2 ) s ci (MPa) 100 (GSI -10)/40 10 Hoek, Diederich, D/ 2 Em E(0.02 i ) ((60 15D GSI)/11) 1 e E i Μέτρο Ελαστικότητας άρρηκτου βράχου

58 ΕΦΑΡΜΟΓΉ GSI Με το GSI εκφράζεται αριθμητικά η απομείωση των σταθερών του υλικού ανάλογα με τη ρωγμάτωση της βραχόμαζας Σημαντικό στοιχείο στην επίλυση του κριτηρίου θραύσης Hoek and Brown (Η πρόσφατη επίλυση του κριτηρίου Hoek and Brown γίνεται με το πρόγραμμα Roclab που μπορεί να αναζητηθεί ελεύθερα στο διαδίκτυο, Προσδιορισμός αντιπροσωπευτικών τιμών των παραμέτρων σχεδιασμού των τεχνικών έργων σε περιβάλλον ρωγματωμένων βράχων

59 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ROCLAB

60 Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόμαζες Φλύσχη Σύνθετη βραχόμαζα Εναλλαγές ικανών - μεγάλης γενικά αντοχής ψαμμιτικών στρωμάτων και μη ικανών - μικρής γενικά αντοχής - ιλυολιθικών, αργιλοσχιστολιθικών στρωμάτων Έντονη γενικά στρωσιγένεια, διακριτοποιημένη και με μεγάλη εμμονή Ποικίλα πάχη στρωμάτων (λεπτοστρωματώδης δομή κλίμακας cm έως παχυστρωματώδης κλίμακας μέτρων) Τεκτονική διαταραχή που μεταβάλλει την αρχική δομή και μπορεί να δημιουργήσει τεκτονικά μίγματα και χαοτικές δομές Ασθενής βραχόμαζα Παρουσία αργιλικών πετρωμάτων Έντονη τεκτονική καταπόνηση που υποβαθμίζει λόγω ρωγμάτωσης και διατμήσεων την όποια αρχική ποιότητα της βραχόμαζας Αποσάθρωση των ιλυολιθικών - αργιλικών μελών και επιδεκτικότητα αυτών στο φαινόμενο της σχιστοποίησης - σχάσης Επίδραση του νερού που είναι σημαντική για τα ιλυολιθικά - αργιλικά μέλη του σχηματισμού

61 Εναλλαγές ικανών - μεγάλης γενικά αντοχής ψαμμιτικών στρωμάτων και μη ικανών - μικρής γενικά αντοχής - ιλυολιθικών, αργιλοσχιστολιθι κών στρωμάτων Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόμαζες Φλύσχη

62 Εναλλαγές ικανών - μεγάλης γενικά αντοχής ψαμμιτικών στρωμάτων και μη ικανών - μικρής γενικά αντοχής - ιλυολιθικών, αργιλοσχιστολιθι κών στρωμάτων Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόμαζες Φλύσχη

63 Έντονη γενικά στρωσιγένεια, διακριτοποιημένη και με μεγάλη εμμονή. Οι επιφάνειες στρώσης εκδηλώνονται (δηλαδή είναι συστηματικές με ίδια γενικά χαρακτηριστικά) σε όλη την έκταση λόγω της παραμόρφωσης (πτύχωσης) κατά την ορογένεση. Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόμαζες Φλύσχη

64 Τεκτονική διαταραχή που μεταβάλλει την αρχική δομή και μπορεί να δημιουργήσει τεκτονικά μίγματα και χαοτικές δομές Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόμαζες Φλύσχη

65 Έντονη τεκτονική καταπόνηση που υποβαθμίζει λόγω ρωγμάτωσης και διατμήσεων την όποια αρχική ποιότητα της βραχόμαζας Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόμαζες Φλύσχη

66 Αποσάθρωση των ιλυολιθικών - αργιλικών μελών και επιδεκτικότητα αυτών στο φαινόμενο της σχιστοποίησης - σχάσης Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόμαζες Φλύσχη

67 Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Φλύσχη

68 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΌ ΠΡΌΤΥΠΟ ΔΙΑΚΡΙΤΟΠΟΊΗΣΗ ΤΎΠΩΝ ΒΡΑΧΌΜΑΖΑΣ

69 ΣΎΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΌΜΗΣΗΣ GSI ΦΛΎΣΧΗ (Β.ΜΑΡΙΝΟΣ 2007)

70 GSI CHART FOR FLYSCH Χρησιμοποιήστε την τιμή GSI στο κριτήριο αστοχίας Hoek & Brown Μόνο για ισότροπη συμπεριφορά βραχόμαζας

71 ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Πεδίο παρατήρησης και προεκβολή πληροφορίας Οπτική εξέταση από επιφανειακές εμφανίσεις, εκσκαφές, μέτωπα σηράγγων ή πυρήνες γεωτρήσεων Η εκτίμηση του GSI από γεωτρήσεις είναι αξιόπιστη αρκεί να προεκβάλεται στις τρείς διαστάσεις, βάσει γνώσης του γεωλογικού μοντέλου της ευρύτερης περιοχής, η γραμμική πληροφορία των πυρήνων.

72 ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Πεδίο παρατήρησης και προεκβολή πληροφορίας Πρανή ορυγμάτων: Αποτίμηση εκείνης της βραχόμαζας μέσα από την οποία εκτιμάται ότι διέρχεται η επιφάνεια θραύσης. Αν υπάρχουν νησίδες άλλης ποιότητας υλικού απ αυτό που επικρατεί, το GSI διορθώνεται κατά κρίση. Δεν συνίσταται η εξαγωγή μέσων όρων.

73 ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Πεδίο παρατήρησης και προεκβολή πληροφορίας Σήραγγες: Εκτίμηση της βραχόμαζας που θα φέρει τα φορτία (ζώνη μίας περίπου διαμέτρου). Αν εκτιμάται ότι πιο πτωχή ποιότητας βραχόμαζα μπορεί να απαντάται σε καίριες θέσεις συγκέντρωσης τάσεων τότε συνίσταται οι τιμές του GSI να αντιστοιχούν στην ποιότητα αυτή. Η προεκβολή της πληροφορίας στο βάθος από επιφανειακές εμφανίσεις γίνεται, με γεωλογική πάντα κρίση, με μετακίνηση του δείκτη προς τα πάνω και ελαφρά προς τα αριστερά. Τα παραπάνω δεν ισχύουν για βραχόμαζες με δομή μυλονιτιωμένου ή διατμημένου υλικού (δύο τελευταίες σειρές του διαγράμματος).

74 ΜΕΙΟΥΜΕΝΟ ΑΛΛΗΛΟΚΛΕΙΔΩΜΑ ΤΩΝ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΤΕΜΑΧΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΠΟΛΥ ΚΑΛΗ Πολύ τραχείες, μη αποσαθρωμένες επιφάνειες ΚΑΛΗ Τραχείες, ελαφρά αποσαθρωμένες και οξειδωμένες επιφάνειες ΜΕΤΡΙΑ Λείες, μετρίως αποσαθρωμένες και εξαλλοιωμένες επιφάνειες ΠΤΩΧΗ Επιφάνειες ολίσθησης, πολύ αποσαθρωμένες με συμπαγή επιφλοιώματα ή υλικό πλήρωσης με γωνιώδη θραύσματα ΠΟΛΥ ΠΤΩΧΗ Επιφάνειες ολίσθησης πολύ αποσαθρωμένες με μαλακό αργιλικό υλικό πλήρωσης Προεκβολή της γεωλογικής πληροφορίας στο βάθος από επιφανειακές εμφανίσεις ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΕ ΡΗΓΜΑΤΩΜΕΝΟΥΣ ΒΡΑΧΟΥΣ (Hoek and Marinos, 2000) Βασιζόμενοι στην εμφάνιση της βραχόμαζας (περιγραφή δομής και κατάσταση επιφάνειας ασυνεχειών) εκτιιμήστε τη μέση τιμή του GSI, χωρίς υποχρεωτικά μεγάλη ακρίβεια. Το να επιλέξετε ενα εύρος τιμών από 33 ως 37 είναι πιο ρεαλιστικό από το να δήλώσετε ότι GSΙ=35. Σημειώνεται ότι ο Πίνακας δεν εφαρμόζεται σε κινηματικά ελεγχόμενες αστάθειες. Στην περίπτωση που οι ασθενείς επίπεδες επιφάνειεςέχουν μη ευνοϊκό προσανατολίσμο σε σχέση με το πρανές εκσκαφής, τότε αυτές καθορίζουν την συμπεριφορά της βραχόμαζας. Η διατμητική αντοχή επιφανειών σε βράχους που υπόκεινται σε εξασθένιση λόγω διακύμανσης της περιεκτικότητας σε υγρασία, είναι περαιτέρω μειωμένη όταν υπάρχει νερό. Οταν, οι βραχόμαζες ανήκουν στις μέτριες έως πτωχές κατηγορίες και υπάρχει νερό τότε μετακινούμαστε προς τα δέξια. Η υδροστατική πιέση λαμβάνεται υπόψη με την ανάλυση ενεργών τάσεων. ΔΟΜΗ INTACT OR MASSIVE - Άρρηκτα βραχώδη τεμάχη ή άστρωτος βράχος με λίγες ασυνέχειες σε μεγάλη απόσταση BLOCKY - Αδιατάρακτη βραχόμαζα με πολύ καλό αλληλοκλείδωμα που αποτελείται από κυβικά τεμάχη οριζόμενα από τρεις ορθογώνια τεμνόμενες οικογένειες ασυνεχειών VERY BLOCKY- Μερικώς διαταραγμένη βραχόμαζα με πολύπλευρα γωνιώδη τεμάχη ( blocks) που σχηματίζονται από τέσσερις ή περισσότερες οικογένειες ασυνεχειών BLOCKY/DISTURBED/SEAMY Πτυχωμένη με γωνιώδη τεμάχη που σχηματίζονται απο πολλές αλληλοτεμνόμενες οικογένειες ασυνεχειών. Εμμονή στρώσης ή σχιστότητας DISINTEGRATED - Ισχυρά κερματισμένη βραχόμαζα με πτωχό αλληλοκλείδωμα και με ταυτόχρονη παρουσία γωνιωδών και αποστρογγυλωμένων τεμαχών LAMINATED/SHEARED - Φυλλώδης ή σχιστοποιημένη και τεκτονικώς διατμημένη ασθενής βραχόμαζα. Η σχιστότητα επικρατεί έναντι οποιασδήποτε άλλης οικογένειας ασυνεχειών εμποδίζοντας την δημιουργία γωνιωδών τεμαχών ΜΕΙΟΥΜΕΝΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ 90 N/A N/A N/A 20 N/A 10

75 ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Άνοιγμα ασυνεχειών: Η χαλάρωση της βραχόμαζας αξιολογείται από την παράμετρο βαθμού διαταραχής D (Hoek, Carranza-Torres and Corkum,2002) του κριτηρίου θραύσης Hoek and Brown της βραχόμαζας λόγω χρήσης ανατινάξεων ή λόγω χαλάρωσης (από 0 για αδιατάρακτη, έως 1 για πολύ διαταραγμένη βραχόμαζα) και όχι μέσω GSI. Ασυνέχειες με υλικό πλήρωσης: Πτωχή κατάσταση ασυνεχειών στον βασικό πίνακα GSI Άν είναι συστηματικό και παχύ συνίσταται η χρήση του πίνακα GSI για ετερογενείς βραχόμαζες (φλύσχη)

76 ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Αποσαθρωμένη βραχόμαζα Πιο δεξιές θέσεις στον πίνακα απ ότι στην μη αποσαθρωμένη. Αν η αποσάθρωση έχει προχωρήσει και στη θεμελιώδη μάζα αλλά η δομή παραμένει, τότε θα πρέπει να μειώνονται ανάλογα και οι σταθερές του γεωϋλικού (σ ci, m i ). Άν η αποσάθρωση έχει εξαφανίσει τη λογική των ασυνεχειών τότε η αντοχή του γεωϋλικού θα πρέπει να υπολογίζεται με τη λογική του εδάφους.

77 ΜΕΙΟΥΜΕΝΟ ΑΛΛΗΛΟΚΛΕΙΔΩΜΑ ΤΩΝ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΤΕΜΑΧΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΠΟΛΥ ΚΑΛΗ Πολύ τραχείες, μη αποσαθρωμένες επιφάνειες ΚΑΛΗ Τραχείες, ελαφρά αποσαθρωμένες και οξειδωμένες επιφάνειες ΜΕΤΡΙΑ Λείες, μετρίως αποσαθρωμένες και εξαλλοιωμένες επιφάνειες ΠΤΩΧΗ Επιφάνειες ολίσθησης, πολύ αποσαθρωμένες με συμπαγή επιφλοιώματα ή υλικό πλήρωσης με γωνιώδη θραύσματα ΠΟΛΥ ΠΤΩΧΗ Επιφάνειες ολίσθησης πολύ αποσαθρωμένες με μαλακό αργιλικό υλικό πλήρωσης Διόρθωση τιμής GSI λόγω αποσάθρωσης ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΕ ΡΗΓΜΑΤΩΜΕΝΟΥΣ ΒΡΑΧΟΥΣ (Hoek and Marinos, 2000) Βασιζόμενοι στην εμφάνιση της βραχόμαζας (περιγραφή δομής και κατάσταση επιφάνειας ασυνεχειών) εκτιιμήστε τη μέση τιμή του GSI, χωρίς υποχρεωτικά μεγάλη ακρίβεια. Το να επιλέξετε ενα εύρος τιμών από 33 ως 37 είναι πιο ρεαλιστικό από το να δήλώσετε ότι GSΙ=35. Σημειώνεται ότι ο Πίνακας δεν εφαρμόζεται σε κινηματικά ελεγχόμενες αστάθειες. Στην περίπτωση που οι ασθενείς επίπεδες επιφάνειεςέχουν μη ευνοϊκό προσανατολίσμο σε σχέση με το πρανές εκσκαφής, τότε αυτές καθορίζουν την συμπεριφορά της βραχόμαζας. Η διατμητική αντοχή επιφανειών σε βράχους που υπόκεινται σε εξασθένιση λόγω διακύμανσης της περιεκτικότητας σε υγρασία, είναι περαιτέρω μειωμένη όταν υπάρχει νερό. Οταν, οι βραχόμαζες ανήκουν στις μέτριες έως πτωχές κατηγορίες και υπάρχει νερό τότε μετακινούμαστε προς τα δέξια. Η υδροστατική πιέση λαμβάνεται υπόψη με την ανάλυση ενεργών τάσεων. ΔΟΜΗ ΜΕΙΟΥΜΕΝΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ INTACT OR MASSIVE - Άρρηκτα βραχώδη τεμάχη ή άστρωτος βράχος με λίγες ασυνέχειες σε μεγάλη απόσταση BLOCKY - Αδιατάρακτη βραχόμαζα με πολύ καλό αλληλοκλείδωμα που αποτελείται από κυβικά τεμάχη οριζόμενα από τρεις ορθογώνια τεμνόμενες οικογένειες ασυνεχειών VERY BLOCKY- Μερικώς διαταραγμένη βραχόμαζα με πολύπλευρα γωνιώδη τεμάχη ( blocks) που σχηματίζονται από τέσσερις ή περισσότερες οικογένειες ασυνεχειών BLOCKY/DISTURBED/SEAMY Πτυχωμένη με γωνιώδη τεμάχη που σχηματίζονται απο πολλές αλληλοτεμνόμενες οικογένειες ασυνεχειών. Εμμονή στρώσης ή σχιστότητας N/A N/A DISINTEGRATED - Ισχυρά κερματισμένη βραχόμαζα με πτωχό αλληλοκλείδωμα και με ταυτόχρονη παρουσία γωνιωδών και αποστρογγυλωμένων τεμαχών LAMINATED/SHEARED - Φυλλώδης ή σχιστοποιημένη και τεκτονικώς διατμημένη ασθενής βραχόμαζα. Η σχιστότητα επικρατεί έναντι οποιασδήποτε άλλης οικογένειας ασυνεχειών εμποδίζοντας την δημιουργία γωνιωδών τεμαχών N/A N/A 20 10

78 ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Συσχέτιση με άλλους δείκτες συστημάτων ταξινόμησης: Δεν συνιστάται η συσχέτιση του GSI με άλλους δείκτες για τις φτωχές και ετερογενείς βραχόμαζες αλλά η απ ευθείας εξαγωγή του GSI από άμεση παρατήρηση.

79 ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΊ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Παρουσία νερού Επίδραση σε βραχόμαζες όπου η κατάσταση των ασυνεχειών είναι επιδεικτική σε εξασθένιση από μεταβολές της περιεχόμενης υγρασίας και οδηγεί στη μείωση της διατμητικής αντοχής των ασυνεχειών. Αναφέρεται στις 3 τελευταίες κολώνες και συνίσταται μετακίνηση του δείκτη προς τα δεξιά. Η πίεση του νερού λαμβάνεται υπ όψη ανεξάρτητα, στην ανάλυση κατά τον σχεδιασμό και όχι μέσα από το GSI (ανάλυση ενεργών τάσεων).

80 ΜΕΙΟΥΜΕΝΟ ΑΛΛΗΛΟΚΛΕΙΔΩΜΑ ΤΩΝ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΤΕΜΑΧΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΠΟΛΥ ΚΑΛΗ Πολύ τραχείες, μη αποσαθρωμένες επιφάνειες ΚΑΛΗ Τραχείες, ελαφρά αποσαθρωμένες και οξειδωμένες επιφάνειες ΜΕΤΡΙΑ Λείες, μετρίως αποσαθρωμένες και εξαλλοιωμένες επιφάνειες ΠΤΩΧΗ Επιφάνειες ολίσθησης, πολύ αποσαθρωμένες με συμπαγή επιφλοιώματα ή υλικό πλήρωσης με γωνιώδη θραύσματα ΠΟΛΥ ΠΤΩΧΗ Επιφάνειες ολίσθησης πολύ αποσαθρωμένες με μαλακό αργιλικό υλικό πλήρωσης Διόρθωση τιμής GSI λόγω παρουσίας νερού ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΕ ΡΗΓΜΑΤΩΜΕΝΟΥΣ ΒΡΑΧΟΥΣ (Hoek and Marinos, 2000) Βασιζόμενοι στην εμφάνιση της βραχόμαζας (περιγραφή δομής και κατάσταση επιφάνειας ασυνεχειών) εκτιιμήστε τη μέση τιμή του GSI, χωρίς υποχρεωτικά μεγάλη ακρίβεια. Το να επιλέξετε ενα εύρος τιμών από 33 ως 37 είναι πιο ρεαλιστικό από το να δήλώσετε ότι GSΙ=35. Σημειώνεται ότι ο Πίνακας δεν εφαρμόζεται σε κινηματικά ελεγχόμενες αστάθειες. Στην περίπτωση που οι ασθενείς επίπεδες επιφάνειεςέχουν μη ευνοϊκό προσανατολίσμο σε σχέση με το πρανές εκσκαφής, τότε αυτές καθορίζουν την συμπεριφορά της βραχόμαζας. Η διατμητική αντοχή επιφανειών σε βράχους που υπόκεινται σε εξασθένιση λόγω διακύμανσης της περιεκτικότητας σε υγρασία, είναι περαιτέρω μειωμένη όταν υπάρχει νερό. Οταν, οι βραχόμαζες ανήκουν στις μέτριες έως πτωχές κατηγορίες και υπάρχει νερό τότε μετακινούμαστε προς τα δέξια. Η υδροστατική πιέση λαμβάνεται υπόψη με την ανάλυση ενεργών τάσεων. ΔΟΜΗ ΜΕΙΟΥΜΕΝΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ INTACT OR MASSIVE - Άρρηκτα βραχώδη τεμάχη ή άστρωτος βράχος με λίγες ασυνέχειες σε μεγάλη απόσταση BLOCKY - Αδιατάρακτη βραχόμαζα με πολύ καλό αλληλοκλείδωμα που αποτελείται από κυβικά τεμάχη οριζόμενα από τρεις ορθογώνια τεμνόμενες οικογένειες ασυνεχειών VERY BLOCKY- Μερικώς διαταραγμένη βραχόμαζα με πολύπλευρα γωνιώδη τεμάχη ( blocks) που σχηματίζονται από τέσσερις ή περισσότερες οικογένειες ασυνεχειών BLOCKY/DISTURBED/SEAMY Πτυχωμένη με γωνιώδη τεμάχη που σχηματίζονται απο πολλές αλληλοτεμνόμενες οικογένειες ασυνεχειών. Εμμονή στρώσης ή σχιστότητας N/A N/A DISINTEGRATED - Ισχυρά κερματισμένη βραχόμαζα με πτωχό αλληλοκλείδωμα και με ταυτόχρονη παρουσία γωνιωδών και αποστρογγυλωμένων τεμαχών LAMINATED/SHEARED - Φυλλώδης ή σχιστοποιημένη και τεκτονικώς διατμημένη ασθενής βραχόμαζα. Η σχιστότητα επικρατεί έναντι οποιασδήποτε άλλης οικογένειας ασυνεχειών εμποδίζοντας την δημιουργία γωνιωδών τεμαχών N/A N/A 20 10

81 ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΊ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Ανισοτροπία Δεν εφαρμόζεται το GSI σε περιπτώσεις όπου η βραχόμαζα συμπεριφέρεται ανισότροπα και η αστοχία λαμβάνει χώρα σε προτιμητέες διευθύνσεις αστοχίας Δεν τίθεται το παραπάνω δίλημμα για βραχόμαζες με δομή σαν αυτή της 6ης σειράς (διατμημένη βραχόμαζα) διότι η διαφορά της αντοχής μεταξύ θεμελιώδους μάζας και ασυνέχειας είναι μικρή

82 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΕΩΝ GSI

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97 Ασκήσεις Για την επίλυση των ασκήσεων διαβάστε προσεκτικά την εκφώνηση και ακολουθείστε τα βήματα και τις οδηγίες που σας δίνονται στο βοηθητικό φυλλάδιο.

98 Άσκηση Β Βαθμονομείστε την βραχόμαζα, στις 4 εμφανίσεις της, με βάση το GSI, σύμφωνα με τον συνημμένο πίνακα (Hoek and Marinos 2000). α/α Βραχόμαζα Φωτ.1 Βραχόμαζα Φωτ.2 Βραχόμαζα Φωτ.3 Βραχόμαζα Φωτ.4 Κατάσταση ασυνεχειών Οι επιφάνειες των ασυνεχειών είναι τραχείες και μη αποσαθρωμένες. Οι επιφάνειες των ασυνεχειών είναι τραχείες έως λείες, αποσαθρωμένες. Οι επιφάνειες των ασυνεχειών είναι πληρωμένες με αργιλοαμμώδες υλικό, Οι επιφάνειες των ασυνεχειών είναι ολισθηρές

99 Άσκηση Β

100

101 Άσκηση Β

102

103 Άσκηση Β

104

105 Βραχόμαζα Φωτ. 4 (Άσκηση Β)

106

107 Άσκηση Γ

108 Άσκηση Γ

109 Άσκηση Γ

110 Άσκηση Γ

111 Άσκηση Γ

112 Άσκηση Γ

113 Άσκηση Γ

114 Άσκηση Γ Για την εκτίμηση της ζυγισμένης τιμής των αντίστοιχων παραμέτρων (του σ ci και m i ) του άρρηκτου φλύσχη ανάλογα με τον τύπο της βραχόμαζας πρέπει να λάβετε υπόψη σας τον πίνακα 1.

115 Άσκηση Γ Πίνακας 1. Aναλογίες των σ ci, m i και E i των λιθολογικών μελών για την εκτίμηση της ζυγισμένης τιμής των αντίστοιχων παραμέτρων του άρρηκτου φλύσχη ανάλογα με τον τύπο της βραχόμαζας.

116 Σημείωση: Η τελική ζυγισμένη τιμή πρέπει να λαμβάνει προφανώς υπ όψη και τα ποσοστά συμμετοχής των δύο μελών στη σύσταση της βραχόμαζας και όχι να προκύπτει από τον μέσο όρο. Σε περίπτωση που η υπολογιζόμενη τιμή βρεθεί χαμηλότερη από αυτή του ασθενέστερου υλικού, χρησιμοποιείστε την τελευταία. Παράδειγμα: Έστω ότι έχουμε τύπο βραχόμαζας φλύσχη V. Από τον πίνακα 1 προκύπτει ότι: «Μειώστε τις ψαμμιτικές τιμές κατά 20% και χρησιμοποιείστε την πλήρη τιμή του ιλυολίθου». Αν στη συγκεκριμένη βραχόμαζα συμμετέχει 30% ψαμμίτης και 70% ιλυόλιθος, τότε το σ ci =0,8σ ciψαμμίτη *0,3+1,0σ ciιλυόλιθου *0,7

117 Βιβλιογραφία Άσκησης Hoek, E., Carranza-Torres, C., Corkum, B., Hoek - Brown failure criterion edition. In: Bawden H.R.W., Curran, J., Telesnicki, M. (eds). Proceedings of NARMS-TAC 2002, Toronto, pp Hoek, E. and Marinos, P A brief history of the development of the Hoek-Brown failure criterion. Soils and Rocks, No. 2., November Marinos, V., Marinos, P., Hoek, E. The geological Strength index: applications and limitations. Bull. Eng. Geol. Environ. 64, (2005). Marinos, P and Hoek, E GSI A geologically friendly tool for rock mass strength estimation. Proc. GeoEng2000 Conference, Melbourne Μαρίνος Β., (2007), «Γεωτεχνική ταξινόμηση και τεχνικογεωλογική συμπεριφορά ασθενών και σύνθετων γεωυλικών κατά τη διάνοιξη σηράγγων», Διδακτορική Διατριβή, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Τοµέας Γεωτεχνικής, Ε.Μ.Π.