ΑΣΚΗΣΗ 6 η ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΡΟΒΟΛΗΣ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΕΙΔΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΤΟΥ Η/Υ ΤΩΝ

Transcript

1 ΑΣΚΗΣΗ 6 η ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΡΟΒΟΛΗΣ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΕΙΔΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΤΟΥ Η/Υ ΤΩΝ ΠΙΘΑΝΩΝ ΑΣΤΟΧΙΩΝ ΑΥΤΗΣ

2 ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΡΟΒΟΛΗΣ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΕΙΔΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΤΟΥ Η/Υ ΤΩΝ ΠΙΘΑΝΩΝ ΑΣΤΟΧΙΩΝ ΑΥΤΗΣ Μετά την υπαίθρια καταγραφή περισσότερων από 100 ασυνεχειών στο τεχνητό πρανές του λατομείου στα Τουρκοβούνια, που πραγματοποιήθηκε σε προηγούμενη άσκηση και τη συγκέντρωσή τους σε πίνακα του Excel, χρησιμοποιείστε το πρόγραμμα Dips στον Η/Υ προκειμένου να: 1.Καταχωρήσετε τους πόλους στο δίκτυο Schmidt και ακολούθως διαμορφώσετε την ισοβαρή κατανομή αυτών. 2.Οριστικοποιήσετε τα κύρια συστήματα ασυνεχειών (Joint sets) που διατέμνουν τη βραχομάζα των κρυσταλλικών ασβεστολίθων στη θέση έρευνας. 3.Μετά από μέτρηση της διατμητικής αντοχής κύριων ασυνεχειών στο εργαστήριο, η γωνία τριβής αυτών βρέθηκε ίση με 38, ενώ τα γεωμετρικά στοιχεία των πρανών (μέγιστη κλίση και διεύθυνση μέγιστης κλίσης) είναι 70 /70. 4.Με βάση τα στοιχεία αυτά και τα κύρια συστήματα ασυνεχειών και χρησιμοποιώντας το ίδιο λογισμικό (DIPS), διαμορφώστε τη ζώνη δυνητικής αστάθειας, σχολιάστε τα αποτελέσματα των πιθανών αστοχιών που προκύπτουν και προτείνετε τους τρόπους αντιμετώπισης αυτών.

3 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΑΠΟ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΥΠΑΙΘΡΟΥ ΜΙΚΡΟΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Με την καταγραφή πολλών ασυνεχειών, χρησιμοποιώντας τη γεωλογική πυξίδα, με τη μορφή μέγιστη κλίση και διεύθυνση μέγιστης κλίσης (Dip/Dip direction) μπορούμε να προσδιορίσουμε τα κυριότερα συστήματα ασυνεχειών που διατέμνουν τη βραχομάζα. Συνήθως οι μετρήσεις πρέπει να ξεπερνούν τις 100 για να είναι αξιόπιστα τα αποτελέσματα, χρησιμοποιώντας γραμμική μέθοδο λήψης των μετρήσεων, με μήκος απογραφής περίπου 30m. Οι μετρήσεις αυτές συμβάλλουν σημαντικά στην κατανόηση της συμπεριφοράς της βραχομάζας, δεδομένου ότι η τυχόν παρουσία επιπέδων ασυνέχειας με δυσμενή προσανατολισμό αποτελεί σοβαρό παράγοντα χαλάρωσης και αστάθειας των πρανών γενικά. Για το σκοπό αυτό, δηλαδή την κατανόηση της συμπεριφοράς της βραχομάζας κάτω από το συγκεκριμένο καθεστώς τεκτονικής διάρρηξης, αναγκαία είναι αρχικά η καταγραφή των πόλων και στη συνέχεια η ισοβαρής κατανομή αυτών. Σήμερα υπάρχουν ειδικά προγράμματα στον Η/Υ (π.χ. DIPS), που δεχόμενα τις μετρήσεις υπαίθρου με τη μορφή μέγιστη κλίση και διεύθυνση μέγιστης κλίσης, υπολογίζουν τη θέση των πόλων και την ισοβαρή κατανομή αυτών, από την οποία προκύπτουν τα κύρια συστήματα ασυνεχειών.

4 ΜΟΡΦΕΣ ΔΥΝΗΤΙΚΩΝ ΑΣΤΟΧΙΩΝ Διάφοροι τύποι αστοχιών πρανών συνδέονται με τις διάφορες γεωλογικές δομές και επομένως είναι πολύ σημαντικό για αυτόν που πρόκειται να σχεδιάσει ένα πρανές να γνωρίζει σε προκαταρκτική φάση τα προβλήματα δυνητικής αστάθειας που μπορεί να αντιμετωπίσει, έτσι ώστε να προχωρήσει σε κατάλληλες τροποποιήσεις που θα ευνοούν της ευστάθεια του χώρου έρευνας, πριν οδηγηθεί με πληρέστερες μελέτες ανάλυσης στον προσδιορισμό του σωστού συντελεστού ασφάλειας. Συνεπώς σε πρώτη ανάλυση και έχοντας τα γεωμετρικά στοιχεία των ασυνεχειών αλλά και με την προσθήκη των γεωμετρικών στοιχείων του (ή των) πρανούς (-ων), καθώς και της γωνίας τριβής της ασυνέχειας, διαμορφώνεται η στερεογραφική παρουσίαση των τεκτονικών συνθηκών και η εκτίμηση των πιθανών τύπων δυνητικής αστοχίας που μπορεί να εκδηλωθούν με τη μορφή "επιπέδου" ήκαι"σφήνας". Έτσι είναι δυνατόν να γίνουν οι σχετικοί σχολιασμοί για τις ασφαλείς κλίσεις που μπορεί να διαμορφωθούν στα πρανή των υπόψη θέσεων ή και η αλλαγή προσανατολισμού της χάραξης. Ένας επιπλέον τύπος αστοχίας είναι οι ανατροπές τεμαχίων βραχομάζας (Toppling), που μπορεί να συμβούν σε επίπεδα ασυνεχειών με μεγάλη κλίση, δηλαδή με συγκέντρωση κοντά στην περιφέρεια του κύκλου και προς την πλευρά του επιπέδου του πρανούς.

5 Αστοχία Σφήνας Αστοχία σφήνας (wedge failure) διαμορφώνεται από επίπεδα ασυνεχειών που τέμνουν την επιφάνεια του πρανούς αλλά και αλληλοτέμνονται σε κάποια θέση δίνοντας μια γραμμή διατομής εσωτερικά της επιφάνειας του πρανούς. Γιαναεκδηλωθείαστοχίασφήνας, δηλαδή για να αποσπασθεί το τμήμα της βραχομάζας που οριοθετείται από τα δύο αλληλοτεμνόμενα επίπεδα ασυνεχειών, πρέπει να ικανοποιούνται οι ακόλουθες συνθήκες: Η διεύθυνση του πρανούς και της σφήνας να συμφωνούν, Τα δύο επίπεδα να τέμνουν την επιφάνεια του πρανούς και να αλληλοτέμνονται. Η γραμμή διατομής των επιπέδων να σχηματίζει γωνία με το οριζόντιο επίπεδο που να είναι μεγαλύτερη της γωνίας τριβής της βραχομάζας, αλλά μικρότερη της γωνίας του επιπέδου του πρανούς. Γενικά η ολίσθηση θα σημειωθεί κατά μήκος της γραμμής διατομής των δύο επιπέδων, εφ όσον η εφαρμογή του ανύσματος της διεύθυνσης μέγιστης κλίσης αυτών βρίσκεται εκτός ζώνης δυνητικής αστάθειας. Αν η εφαρμογή αυτή ενός επιπέδου βρίσκεται εντός της ζώνης αυτής τότε η ολίσθηση της σφήνας θα γίνει κατά μήκος του υπόψη επιπέδου.

6 Η πλέον αναγκαία συνθήκη για αστοχία σφήνας (ψf >ψj >φ). Αστοχία σφήνας με ολίσθηση κατά μήκος της γραμμής διατομής των δύο επιπέδων (πρώτος κύκλος) και με ολίσθηση μόνο κατά μήκος του ενός επιπέδου (δεύτερος κύκλος)

7 Αστοχία Επιπέδου Η αστοχία επιπέδου (plane failure) που αποτελεί ειδική περίπτωση αστοχίας σφήνας (παραλληλισμός των δύο επιπέδων) για να συμβεί θα πρέπει: 1. Η περιοχή αστοχίας να οριοθετείται από εγκάρσιες στο πρανές ασυνέχειες, 2. Το επίπεδο της ασυνέχειας να μη σχηματίζει με το επίπεδο του πρανούς γωνία μεγαλύτερη των 20 και 3. Να ισχύει η σχέση φf >φp >φ (η γωνία του πρανούς να είναι μεγαλύτερη αυτής του επιπέδου και εκείνη με τη σειρά της μεγαλύτερη αυτής της γωνίας τριβής) Σχηματική απεικόνιση των συνθηκών για την εκδήλωση αστοχιών επιπέδου και σφήνας σε βραχώδη πρανή.

8 Ανατροπή Αναφέρθηκε ήδη ότι ένας πρόσθετος τύπος αστοχίας στα βραχώδη πρανή είναι οι ανατροπές (toppling), που μπορεί να συμβούν σε επίπεδα ασυνεχειών με μεγάλη κλίση, δηλαδή με συγκέντρωση πόλων κοντά στην περιφέρεια του δικτύου Schmidt και προς την πλευρά του επιπέδου του πρανούς. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΜΕ ΤΗ ΦΟΡΗΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ Ο προσδιορισμός της διατμητικής αντοχής ασυνέχειας γίνεται συνήθως στο εργαστήριο με τη χρήση της φορητής συσκευής διάτμησης (Shear box apparatous). Η τελευταία μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στην ύπαιθρο. Όμως, όπως κάθε τέτοια συσκευή, χαρακτηρίζεται και από μειονεκτήματα με σημαντικότερο αυτό της επίδρασης του μεγέθους της ασυνέχειας που δοκιμάζεται και κατά συνέπεια του τύπου της ανωμαλίας που περιλαμβάνει.

9 Φορητή συσκευή διάτμησης Το πρώτο στάδιο περιλαμβάνει τη διαμόρφωση του δoκιμίoυ σεεπιτρεπτές διαστάσεις (μέχρι 10x10cm), την εξασφάλιση της ακριβούς εφαρμογής των δύο τμημάτων της ασυνέχειας με κατάλληλο σύνδεσμο (π.χ. σύρμα) και τέλος την τσιμέντωση του με τη βοήθεια καλουπιού-αντιγράφου των υποδοχέων της συσκευής. Το δεύτερο στάδιο αρχίσει μετά τη στερεοποίηση του τσιμέντου και αναφέρεται στην προετοιμασία της δοκιμής. Αρχικά ο σύνδεσμος των δύο τμημάτων αποκόπτεται και υπολoγίζεται το εμβαδόν της επιφάνειας. Το τρίτο στάδιο, αναφέρεται στη διαδικασία εκτέλεσης των τριών κύκλων της δοκιμής. Αρχικά επιλέγονται τα κατακόρυφα φορτία που θα χρησιμοποιηθούν και το πρώτο επιβάλλεται στο δoκίμιo. Στη συνέχεια εφαρμόζεται σταδιακά το διατμητικό φορτίο, με ρυθμό 0,5-1,0mm/min

10 Ο κάθε κύκλος ολοκληρώνεται, δηλαδή η παραμένουσα διατμητική αντοχή προσεγγίζεται, περίπου μετά από 10mm οριζόντια μετακίνηση και εφ όσον τέσσερις διαδοχικές αναγνώσεις του διατμητικoύ φορτίου δεν διαφέρουν περισσότερο από 5%. Μεταξύ δύο κύκλων, το δοκίμιο απελευθερώνεται. από τα φορτία (κατακόρυφο και διατμητικό) και επανέρχεται στην αρχική του θέση, πριν επαναληφθεί η διαδικασία άσκησης του διατμητικού φορτίου προς την ιδία κατεύθυνση, με διάφορο κατακόρυφο φορτίο.

11 ΔΟΚΙΜΗ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΕΡΓΟ: ΤΟΥΡΚΟΒΟΥΝΙΑ ΒΑΘΟΣ: ΠΡΑΝΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ 3850 mm 2 Καταγραφή δεδομένων και αποτελέσματα δοκιμής διάτμησης ασυνεχειών ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΥΝΑΜΗ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΥΝΑΜΗ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΥΝΑΜΗ 0,5 ΚΝ 1 ΚΝ 1,5 ΚΝ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΤΑΣΗ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΤΑΣΗ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΤΑΣΗ 0,53 Kg/cm 2 1,85 Kg/cm 2 3,18 Kg/cm 2 ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ ΤΑΣΗ ΔΥΝΑΜΗ ΤΑΣΗ ΔΥΝΑΜΗ ΤΑΣΗ mm KN Kg/cm 2 KN Kg/cm 2 KN Kg/cm 2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,50 1,20 1,85 1,35 2,25 1,87 3,63 1,00 1,21 1,88 1,48 2,60 2,10 4,24 1,50 1,20 1,85 1,58 2,86 2,07 4,16 2,00 1,22 1,91 1,66 3,07 2,12 4,29 2,50 1,18 1,80 1,64 3,02 2,18 4,45 3,00 1,19 1,83 1,63 2,99 2,20 4,50 3,50 1,14 1,70 1,65 3,05 2,20 4,50 4,00 1,15 1,72 1,62 2,97 2,21 4,53 4,50 1,14 1,70 1,64 3,02 2,23 4,58 5,00 1,16 1,75 1,66 3,07 2,22 4,56 5,50 1,17 1,78 1,65 3,05 2,21 4,53 6,00 1,23 1,93 1,63 2,99 2,22 4,56 6,50 1,22 1,91 1,71 3,21 2,29 4,74 7,00 1,32 2,17 1,86 3,60 2,33 4,85 7,50 1,22 1,91 1,78 3,39 2,20 4,50 8,00 1,19 1,83 1,63 2,99 2,09 4,21 8,50 1,19 1,83 1,61 2,94 2,06 4,13 9,00 1,19 1,83 1,61 2,94 2,06 4,13 9,50 1,19 1,83 1,61 2,94 2,06 4,13 6,00 ΔΙΑΤΜΗΣΗ ΒΡΑΧΩΔΩΝ 6 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗΣ - ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗΣ ΤΑΣΗΣ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ, Kg/cm 2 5,00 4,00 3,00 2,00 4,85 Kg/cm² 3,60 Kg/cm 2 2,17 Kg/cm² ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ, Kg/cm PEAK y = 1,0116x + 1,664 c=1.66 Kg/cm² RESΙDUAL y = 0,8077x + 1,602 c'=1.60 Kg/cm² φ'=39 1,00 1 0, ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ, mm ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΤΑΣΗ, Kg/cm 2

12 ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΣΤΟΧΙΩΝ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Η/Υ Από την αρχική αξιολόγηση των συστημάτων που μετρήθηκαν στην ύπαιθρο, προκύπτουν τα βασικά συστήματα ασυνεχειών, όπως: Στη συνέχεια με τη χρήση ειδικού λογισμικού (π.χ. DIPS), δίνονται τα κυριότερα συστήματα ασυνεχειών και η απεικόνιση της δυνητικής αστάθειας σε συγκεκριμένη θέση, όπου είναι γνωστή η γεωμετρία του πρανούς. Από την παρουσίαση αυτή και πιο συγκεκριμένα, απότημελέτη της ζώνης δυνητικής αστάθειας, που διαμορφώνεται στο ημισελινοειδές τμήμα μεταξύ γωνίας τριβής και επιπέδου πρανούς, διαπιστώνονται οι δυνητικές αστοχίες.

13 Κυριότερα συστήματα ασυνεχειών.

14 Απεικόνιση δυνητικής αστάθειας τεχνητών πρανών (δύο αστοχίες σφήνας και μια επιπέδου).