Οι ασυνέχειες επηρεάζουν τη συμπεριφορά του τεχνικού έργου και πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο σχεδιασμό του.

Transcript

1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΒΡΑΧΟΥ Όπως έχουμε ήδη αναφέρει οι ασυνέχειες αποτελούν επίπεδα αδυναμίας της βραχόμαζας που διαχωρίζει τα τεμάχια του ακέραιου πετρώματος. Κάθετα σε αυτή η εφελκυστική αντοχή είναι από πολύ μικρή έως μηδενική Παράλληλα σε αυτή εμφανίζεται η ελάχιστη διατμητική αντοχή Οι ασυνέχειες επηρεάζουν τη συμπεριφορά του τεχνικού έργου και πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο σχεδιασμό του. Διακρίνουμε δύο βασικές ομάδες ασυνεχειών. Αυτές που εμφανίζονται συστηματικά σε όλη τη βραχόμαζα και αποτελούν τα συστήματα ασυνεχειών. Έχουν παρόμοιο προσανατολισμό και οφείλονται σε συγκεκριμένες γεωλογικές διεργασίες. Τις μοναδιαίες ασυνέχειες, που δεν εμφανίζονται συστηματικά τουλάχιστον στην κλίμακα του τεχνικού έργου (π.χ. ρήγματα)

2 1. Προσανατολισμός ασυνεχειών: Είναι η διεύθυνση κλίση των διακλάσεων, στρώσης σχιστότητας Συνήθως μετράται στο ύπαιθρο από τις επιφανειακές εμφανίσεις του βράχου Ενδιαφέρει ο προσανατολισμός ως προς το έργο. Δυσμενής προσανατολισμός: επιδρά αρνητικά στην ευστάθεια του έργου φορά κίνησης Ευμενής προσανατολισμός: δεν επιδρά αρνητικά στην ευστάθεια του έργου Δεν μπορεί να ολισθήσει κατά μήκος της ασυνέχειας ασυνέχεια ασυνέχεια

3 2. Απόσταση ασυνεχειών: Είναι η απόσταση μεταξύ των ασυνεχειών (ελέγχει το μέγεθος των τεμάχων στα οποία αποχωρίζεται η βραχόμαζα) Μετράται από τις επιφανειακές εμφανίσεις του βράχου και τα «καρότα» της δειγματοληψίας δείκτης RQD Η απόσταση επηρεάζει το μηχανισμό αστοχίας και τη διαπερατότητα Πολλές ασυνέχειες ασθενής βράχος: συνεχές μέσο Λίγες ασυνέχειες ισχυρός βράχος: ασυνεχές μέσο Μικρή απόσταση Πυκνό δίκτυο ασυνεχειών Μεγάλη απόσταση Αραιό δίκτυο ασυνεχειών

4 2. Απόσταση ασυνεχειών: Δείκτης Κερματισμού Βραχόμαζας (Rock Quality Designation RQD): Το ποσοστό μιας γραμμής δείγματος που έχει τεμάχια ακέραιου βράχου μήκους μεγαλύτερο ή ίσο των 10cm. RQD(%)=100Σ(x i /L) όπου x i τα μήκη δειγμάτων Συχνότητα ασυνεχειών: ακέραιου βράχου μήκος 10cm Παράδειγμα - άσκηση: RQD=( )/200=71.2%

5 2. Απόσταση ασυνεχειών: Δείκτης Κερματισμού Βραχόμαζας (Rock Quality Desgination, RQD): δίνει μια ποσοτικοποίηση του βαθμού κερματισμού της βραχόμαζας βασισμένος σε στοιχεία από γεωτρήσεις. Η τιμή του επηρεάζεται σημαντικά από: Τον προσανατολισμό της γεώτρησης σε σχέση με τη διεύθυνση των ασυνεχειών (γεώτρηση κάθετη στις ασυνέχειες δίνει το μικρότερο RQD) Από την ποιότητα της δειγματοληψίας (π.χ. εάν η δειγματοληψία έχει οδηγήσει σε αποκόληση κατά μήκος των επιπέδων στρωσιγένειας) Το εάν υπάρχουν τεμάχια λίγο πάνω ή λίγο κάτω από τα 10cm.

6 2. Απόσταση ασυνεχειών: Παράδειγμα εδαφικού προφίλ Διαιρετή δειγματοληψία Mανδύας αποσάθρωσης (0.00m 2.30m) RQD=0% Ψαμμίτης (2.30m 17.00m) RQD=100% RQD 70%

7 2. Απόσταση ασυνεχειών: Παράδειγμα εδαφικού προφίλ ψαμμίτη RQD=100% RQD 85% RQD 70%

8 3. Εξάπλωση Συνέχεια ασυνεχειών: Καθορίζει κατά πόσο μια ασυνέχεια τέμνει σε όλη της την έκταση τη βραχόμαζα και μετράται επί τόπου Μεγάλη συνέχεια, πυκνό δίκτυο Η συνέχεια μειώνεται από το α) προς το δ) α) β) γ) δ) Μεγάλη συνέχεια, αραιό δίκτυο

9 3. Εξάπλωση Συνέχεια ασυνεχειών: Οι γεωτρήσεις δεν μπορούν να δώσουν εικόνα της εξάπλωσης και της συνέχειας Πολύ υψηλή συνέχεια στρωσιγένειας: Πολύ μικρή συνέχεια διαλάσεων, μεγάλη συνέχεια στρωσιγένειας: Ηφαιστειακές στήλες Βασάλτη (ηφαιστειακό) φαράγγι ποταμού Columbia Ασβεστόλιθος στο νομό Ηλείας (ναός του Επικούρειου Απόλλωνα)

10 4. Αντοχή τοιχωμάτων ασυνεχειών: Η αντοχή των τοιχωμάτων των ασυνεχειών (αντοχή σε διεύθυνση κάθετα των ασυνεχειών) είναι συνήθως μικρότερη αυτής του ακέραιου πετρώματος. Αυτό οφείλεται στην αποσάθρωση του υγιούς πετρώματος και τη δημιουργία ασθενέστερου υλικού πλήρωσης των ρωγμών Προσδιορίζεται: προσεγγιστικά με τη χρήση μαχαιριδίου και γεωλογικού σφυριού έμμεσα με τη χρήση σφυριού Schmidt Σφυρί Schmidt

11 5. Τραχύτητα ασυνεχειών: Περιγράφει την απόκλιση της μορφής επιφάνειας της ασυνέχειας από την επίπεδη ασυνέχεια επηρεάζει τη διατμητική αντοχή επί της ασυνέχειας Όταν η επιφάνεια είναι τραχεία η διατμητική φόρτιση επί της ασυνέχειας πρέπει να υπερνικήσει και τις ανωμαλίες της επιφάνειας αυτής Η επίδραση της τραχύτητας στην αντοχή περιγράφεται μαθηματικά με τη χρήση της γωνίας i στο κριτήριο αστοχίας του Patton (που αποτελεί μια τροποποίηση του Mohr Coulomb και αφορά επιφάνειες χωρίς συγκόλληση): τ = c + σ n tan(φ b +i)

12 5. Τραχύτητα ασυνεχειών: Μηχανισμοί αστοχίας ανάλογα με την τραχύτητα και την ορθή τάση Επίπεδη επιφάνεια ή τεχνητή ασυνέχεια: Τ Ν φ=φ b =φ r, i=0 Τραχεία επιφάνεια: μικρό Ν Τραχεία επιφάνεια: μεγάλο Ν Τ Ν Τ Ν φ=φ b +i, φ b =φ r, i 0 φ=φ b =φ r, i πολύ μικρό

13 5. Τραχύτητα ασυνεχειών: Παράδειγμα δοκιμής απευθείας διάτμησης κατά μήκος ασυνέχειας Ορθή τάση στην ασυνέχεια, σ n =20kPa Συνοχή ασυνέχειας, c=0kpa Μέγιστη γωνία τριβής φ p : c=0kpa, τ p =13kPa, σ n =20kPa, τ p =c+σ n tanφ p φ p =Atan[(13+0)/20] φ p =33 o τ p =13kPa τ r =10.6kPa Παραμένουσα γωνία τριβής φ r : τ r =10.6kPa, σ n =20kPa, τ r =σ n tanφ r φ r =Atan[10.6/20] φ r =27.9 o Συνιστώσα τραχύτητας i: φ p =φ r +i i= =5.1 o

14 5. Τραχύτητα ασυνεχειών: Στο κριτήριο του Patton φ b είναι η γωνία τριβής της λείας επίπεδης επιφάνειας και i η συνιστώσα τραχύτητας στη γωνία τριβής. Οι Barton et al δίνουν την ακόλουθη εμπειρική σχέση: τ=σ n tan[φ b +JRClog 10 (JCS/σ n )] = σ n tan(φ b +i) i=jrclog 10 (JCS/σ n )] όπου: φ b εκτιμάται πειραματικά (επί τόπου ή εργαστηριακά σε τεχνητή ασυνέχεια), JCS η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη των τοιχωμάτων της ασυνέχειας και εκτιμάται πειραματικά (π.χ. δοκιμή Schmidt) και JRC ο συντελεστής τραχύτητας ασυνεχειών Σημείωση: όταν η επιφάνεια είναι επίπεδη τότε i=0 και συνεπώς είναι τ=σ n tanφ b

15 5. Τραχύτητα ασυνεχειών: Για την εκτίμηση του JCR χρησιμοποιούνται τα τυπικά προφίλ τραχύτητας. Όσο αυξάνει το άνοιγμα των ασυνεχειών τόσο μειώνεται το i. Όσα έχουν αναφερθεί ισχύουν για πλήρη επαφή των δύο επιφανειών της ασυνέχειας. Έτσι, η γωνία τραχύτητας μπορεί να προεκτιμηθεί με εφαρμογή των τυπικών προφίλ τραχύτητας σύμφωνα με τη σχέση: i=jrclog 10 (JCS/σ n )] Ωστόσο, ο προσδιορισμός της μέσω της εργαστηριακής δοκιμής διάτμησης σε ασυνέχεια είναι προτιμότερος

16 5. Τραχύτητα ασυνεχειών: Παράδειγμα εκτίμησης του συντελεστή τραχύτητας ασυνεχειών i: 0 10 cm Δεδομένα: α) Παραμένουσα γωνία τριβής φ r =30 o 0 10 cm 0 10 cm β) Αντοχή τοιχωμάτων JCS=σ c =20MPa (δηλαδή δεν έχουν υλικό πλήρωσης οι ασυνέχειες) Λύση για: α) σ n =20, 200, 2000kPa, β) JRC=7 JRC=15 i = JRClog 10 (JCS/σ n )=15log 10 (20000/σ n ) σ n =20kPa i = 15log 10 (20000/σ n ) = 45 o σ n =200kPa i = 15log 10 (20000/σ n ) = 30 o σ n =2000kPa i = 15log 10 (20000/σ n ) = 15 o Εάν JRC=7 i =7log 10 (20000/σ n ) σ n =20kPa i = 21 o σ n =2000kPa i = 7 o σ n i JRC i

17 6. Άνοιγμα ασυνεχειών: Είναι η κάθετη απόσταση μεταξύ των τοιχωμάτων μιας ασυνέχειας (μπορεί να είναι κλειστή, ανοικτή ή επουλωμένη με υλικά πλήρωσης όπως άργιλο, ιλύ, χλωρίτη, ασβεστίτη, λατυποπαγές κ.λπ. ) Το άνοιγμα ταξινομείται ημιποσοτικά Το υλικό πλήρωσης πρέπει να αναφέρεται διότι έχει καθοριστικό ρόλο στη συμπεριφορά (διότι συνήθως είναι πιο μαλακό από τον ακέραιο βράχο πρέπει να κλείσει το άνοιγμα για να αναπτύξει πλήρη αντοχή και η διάτμηση ελέγχεται από το υλικό πλήρωσης εάν έχει μεγάλο πάχος) Ταξινόμηση Κατάταξη ανοίγματος:

18 7. Υλικό πλήρωσης ασυνεχειών: Είναι το υλικό που βρίσκεται μεταξύ των τοιχωμάτων μιας ασυνέχειας και μπορεί να είναι αργιλικό, ασβεστιτικό, ιλυώδες, αμμώδες κ.λπ. Η ύπαρξη, το είδος και το πάχος του υλικού πλήρωσης καθορίζουν στην ασυνέχεια: Τη διατμητική αντοχή Την παραμορφωσιμότητα Τη διαπερατότητα f τ a τ

19 8. Διαπερατότητα ασυνεχειών: Ανάλογα με το άνοιγμα των ασυνεχειών και την ύπαρξη ή μη υλικού πλήρωσης επηρεάζεται και η διαπερατότητα. Το υπόγειο νερό στις ασυνέχειες μπορεί να προκαλέσει: Μεταβολή στην ενεργό αντοχή της βραχόμαζας Διαβρωτικές δράσεις ποιοτική αλλοίωση της βραχόμαζας Συχνά χρησιμοποιούνται ποιοτικές μέθοδοι περιγραφής Π.χ. σε υπόγειες εκσκαφες εφαρμόζεται η εξής κατηγοριοποίηση:

20 Δοκιμή διάτμησης σε ασυνέχεια: Γίνεται σε φυσική ή τεχνητή ασυνέχεια ΔΟΚΙΜΗ ΔΙΑΤΜΗΣΕΩΣ ΣΕ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ SHEAR TEST OF ROCK SPECIMENS ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΟΡΘΩΝ - ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΩΝ ΤΑΣΕΩΝ / NORMAL - SHEAR STRESS DIAGRAM φ (0) = c = kpa Στόχος ο προσδιορισμός της μέγιστης και παραμένουσας διατμητικής αντοχής των ασυνεχειών του πετρώματος. T (MPa) Η δοκιμή εκτελείται όταν ο κρίσιμος μηχανισμός αστοχίας αφορά την ενεργοποίηση ασυνεχειών (π.χ. δημιουργία σφηνών σε πρανή και σήραγγες). Επειδή η τραχύτητα του δοκιμίου λόγω κλίμακας δεν αντιπροσωπεύει την επί τόπου τραχύτητα, είναι προτιμότερο η δοκιμή αυτή να χρησιμοποιείται μόνο στον προσδιορισμό της βασικής τριβής. ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ SHEAR STRESS T (MPa) Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε σε τεχνητή ασυνέχεια ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - RESULTS ΤΥΠΟΣ ΔΟΚΙΜΗΣ TYPE OF TEST : ΑΣΥΝΕΧΕΙΑ Α/Α ΔΟΚΙΜΗΣ No. OF TESTS I II III ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ SYMBOLISM * 6 ΑΞΟΝΙΚΗ ΤΑΣΗ AXIAL STRESS σ (MPa) ΜΕΓΙΣΤΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ MAX. SHEAR STRESS τ (MPa) ΑΝΤ/ΧΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ CORRESP. HORIZ. DISPL. mm Πετρογραφική περιγραφή Ψαμμίτης τεφρός συμπαγής με ασβεστιτικές φλέβες BΑΘΟΣ DEPTH ΓΕΩΤΡΗΣH BOREHOLE ΕΡΓΟΝ PROJECT σ (MPa) 0,773MPa 1,55MPa 2,32MPa ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ---- HORIZONTAL DISPLACEMENT mm 57,00-57,30 B 8 ΕΡΓ. ΑΡΙΘ. LAB. No. ΣΧ. FIG.