Η σκληρότητα των πετρωμάτων ως γνωστόν, καθορίζεται από την αντίσταση που αυτά παρουσιάζουν κατά τη χάραξή τους

Transcript

1 Η σκληρότητα των πετρωμάτων ως γνωστόν, καθορίζεται από την αντίσταση που αυτά παρουσιάζουν κατά τη χάραξή τους σφυρί αναπήδησης Schmidt τύπου L (Schmidt rebound hammer)

2 Κατηγορία πετρωμάτων Μέση ένδειξη σφυριού (SHV) Πολύ μαλακά πετρώματα <10 Μαλακά πετρώματα Μέτρια πετρώματα Σκληρά πετρώματα Πολύ σκληρά πετρώματα >60

3 αντιπροσωπεύει το μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης, ώστε να έχουμε θραύση (failure) εφαρμοζόμενη τάση μπορεί να είναι: θλιπτική (compressive), διατμητική (shear) ή εφελκυστική (tensile), οπότε έχουμε και τις αντίστοιχες αντοχές. θλιπτική δοκιμή σε σημειακή φόρτιση δείκτης σημειακής φόρτισης (I S(50) ) δοκιμή σε μοναξονική (ανεμπόδιστη) θλίψη (σ c )

4 αντοχή σε μοναξονική θλίψη του βραχώδους υλικού εξαρτάται: 1) Το υλικό του πετρώματος δηλ. την ορυκτολογική σύσταση, το μέγεθος των κόκκων, την ανισοτροπία μικρής κλίμακας (π.χ. σχιστότητα) κτλ. 2) την περιεχόμενη υγρασία του 3) τις συνθήκες εκτέλεσης της δοκιμής και τη διαμόρφωση των δειγμάτων (δηλ. λόγος μήκους διαμέτρου του δοκιμίου, ρυθμός φόρτισης, παραλληλία βάσεων δοκιμίου κτλ.). εφελκυστική αντοχή (σ t ) των πετρωμάτων είναι από τις λιγότερο συχνά προσδιοριζόμενες μηχανικές ιδιότητες των πετρωμάτων αφού στις εφαρμογές χρησιμοποιείται συνήθως η αντοχή σε μοναξονική θλίψη. σ t < σ c σ t (5 μέχρι 10%) σ c

5 Κατάταξη πετρώματος Εξαιρετικά υψηλής αντοχής Αντοχή σε μοναξονική θλίψη (MPa) Επί τόπου εκτίμηση >250 Ο πυρήνας (δείγμα) δεν σπάζει με το γεωλογικό σφυρί Πολύ υψηλής αντοχής Για να σπάσει ο πυρήνας (δείγμα) χρειάζονται πολλά κτυπήματα με το γεωλογικό σφυρί Υψηλής αντοχής Για να σπάσει ο πυρήνας χρειάζονται περισσότερα από ένα κτυπήματα Μέσης αντοχής Ο πυρήνας δεν χαράσσεται με μαχαιρίδιο και μπορεί να σπάσει με ένα κτύπημα γεωλογικού σφυριού. Χαμηλής αντοχής 5 25 Ο πυρήνας χαράσσεται δύσκολα με το μαχαιρίδιο και η μύτη του γεωλογικού σφυριού δημιουργεί αβαθείς χαραγιές Πολύ χαμηλής αντοχής Εξαιρετικά χαμηλής αντοχής 1 5 Ο πυρήνας σπάει σε πολλά κομμάτια με ένα χτύπημα με το γεωλογικό σφυρί και χαράσσεται εύκολα με το μαχαιρίδιο Ο πυρήνας χαράσσεται εύκολα με το νύχι του αντίχειρα

6 ΑΚEΡΑΙΟ ΠΕΤΡΩΜΑ SHV I S(50) (MPa) σ c (MPa) σ t (MPa) Ασβεστόλιθος Μικροκρυσταλλικός, συμπαγής ασβεστόλιθος Δολομιτιωμένος. Ασβεστόλιθος Μαργαϊκός ασβεστόλιθος < <1 6 Μαργόλιθος ιλυόλιθος <10 30 <1 3 <1 40 <1 3 Ψαμμίτης <1 5 <1 80 <1 8 Μάρμαρο Σχιστόλιθος < <1 6

7

8 Γενικά, υπάρχει ένας κρίσιμος συνδυασμός των κύριων τάσεων (σ 1 και σ 3 ) που δρουν στο υλικό ( πέτρωμα ή έδαφος) ο οποίος μπορεί να προκαλέσει τη θραύση του. Ο συνδυασμός αυτός αποτελεί το κριτήριο θραύσης Γενικά, κριτήριο θραύσης (criterion of failure) είναι μια αλγεβρική έκφραση των μηχανικών συνθηκών κάτω από τις οποίες ένα υλικό αστοχεί από θραύση ή παραμορφώνεται μέχρι μερικά σαφώς καθορισμένα όρια. Τα όρια αυτά μπορεί να είναι φορτία, παραμορφώσεις, μετακινήσεις, κ.ά. Το όριο θραύσης εξαρτάται και από τις κύριες τάσεις που δρουν πάνω στο δοκίμιο του πετρώματος και από τον τύπο της θραύσης.

9 κριτήριο θραύσης Mohr - Coulomb τ = c + σ εφφ Νόμος Mohr - Coulomb τ : διατμητική αντοχή (peak shear strength) c : "συνοχή" του πετρώματος σ : εφαρμοζόμενη ορθή τάση φ : "γωνία εσωτερικής τριβής" του πετρώματος (angle of internal friction)

10 κριτήριο θραύσης Hoek και Brown (1980) Γενικευμένο κριτήριο θραύσης Hoek Brown Τελικά το κριτήριο Hoek Brown πήρε τη «γενικευμένη» του μορφή (generalized criterion) μετά το 1994 (HOEK, 1994, HOEK et al. 1995) και περιγράφεται από την παρακάτω βασική σχέση: σ 1, σ 3 : η μέγιστη και ελάχιστη ενεργή τάση αντίστοιχα κατά τη θραύση σ ci : η αντοχή σε μοναξονική θλίψη του βραχώδους υλικού mi, s, α σταθερές του πετρώματος που εξαρτάται από τις ιδιότητες του βραχώδους υλικού mb ci ' ' ' ci s = 1 και α = 0,50 s βραχομάζα βραχώδες υλικό Βασική διαφοροποίηση των δύο κριτηρίων θραύσης Περιβάλλουσα αστοχίας (καμπύλη Hoek-Brown, ευθεία Mohr-Coulomb)

11 Μεταβολή της μηχανικής αντοχής ανάλογα με τον προσανατολισμό των ασυνεχειών (σχιστότητα, φύλλωση κ.λπ.)

12 ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ Μέτρο ελαστικότητας, Ε Ε = σ / ε αξ σ : τάση ε αξ : παραμόρφωση (αξονική) Δυσκαμψία υλικού (stiffness) Μέτρηση : MPa - GPa Λόγος Poisson, ν ν = ε πλ / ε αξ ν : 0 0,50 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ (Ηeard, 1966) Πολύ ψαθυρά (very brittle) < 1% Ψαθυρά (brittle) 1 3 % Μεταβατικά (semi brittle) 3 5 % Ολκιμα (ductile) > 5%

13 δοκιμή μοναξονικής θλίψης με μέτρηση παραμορφώσεων

14 ΜΕΤΡΑ ΕΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

15 βραχώδους υλικού

16 παράγοντες που επιδρούν στην παραμορφωσιμότητα του βραχώδους υλικού Μετατροπή από ψαθυρή σε όλκιμη κατάσταση σ 3 σ 1 /3 «κράτυνση» όλκιμη συμπεριφορά

17 όλκιμη συμπεριφορά Ταχύτητα παραμόρφωσης (strain rate) ερπυσμός (creep) όλκιμη συμπεριφορά

18 σ c και Ε/σ c (DEERE και MILLER, 1966) Λόγος Μέτρου Modulus Ratio Ε/σ c

19

20 ψαμμίτες ασβεστόλιθοι