Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 9 η Άσκηση

Transcript

1 Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 9 η Άσκηση Εκτίμηση συγκλίσεων και μέτρων άμεσης υποστήριξης. Γεωτεχνική ταξινόμηση RMR και GSI κατά μήκος σήραγγας. Β.Χρηστάρας Β. Μαρίνος Γεωλογίας Εργαστήριο και Υδρογεωλογίας Τεχνικής

2 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ 9 η Άσκηση Σκοπός άσκησης: Η άσκηση επικεντρώνεται: Στην εκτίμηση RMR-GSI κατά μήκος σήραγγας. Στην εκτίμηση μέτρων υποστήριξης από το RMR. Στον υπολογισμό συγκλίσεων και καθοδήγηση μέτρων άμεσης υποστήριξης από την αντοχή της βραχόμαζας και τις επιτόπου τάσεις.

3 Ταξινόμηση Βραχόμαζας RMR (Rock Mass Rating) Το σύστημα RMR προτάθηκε από τον Bieniawski (1973, 1976) για να λάβει την τελική μορφή του, δίχως ωστόσο σημαντικές διαφοροποιήσεις, από τον Bieniawski (1989). RMR = R1 + R2 + R3 +R4 + R5 + R6 Καθεμία παράμετρος βαθμονομείται χωριστά και η τελική τιμή του δείκτη RMR, η οποία κυμαίνεται από 0 έως 100, προκύπτει ως άθροισμα των επιμέρους δεικτών.

4 Ταξινόμηση Βραχόμαζας RMR Οι παράμετροι και οι αντίστοιχοι δείκτες που χρησιμοποιούνται στο σύστημα RMR είναι οι εξής: Δείκτης R1: Αντοχή του άρρηκτου βράχου (σ ci ). Δείκτης R2: Δείκτης ποιότητας της βραχόμαζας RQD. Δείκτης R3: Απόσταση μεταξύ των ασυνεχειών. Δείκτης R4: Κατάσταση των επιφανειών των ασυνεχειών. Δείκτης R5: Συνθήκες υπόγειου νερού. Δείκτης R6: Προσανατολισμός των ασυνεχειών σε σχέση με τη φορά διάνοιξης της σήραγγας.

5 Ταξινόμηση Βραχόμαζας RMR

6 Ταξινόμηση Βραχόμαζας RMR Αντοχή του συμπαγούς πετρώματος σε μονοαξονική θλίψη (σ ci ) Αντοχή σ ci (MPa) Βαθμολογία R1 > <1 0 Τιμή του δείκτη R1

7 Ταξινόμηση Βραχόμαζας RMR Δείκτης κερματισμού της βραχόμαζας (RQD) RQD (%) Βαθμολογία R2 > <25 3 Τιμή του δείκτη R2

8 Ταξινόμηση Βραχόμαζας RMR Απόσταση μεταξύ των ασυνεχειών Απόσταση (m) Βαθμολογία R3 > < Τιμή του δείκτη R3

9 Ταξινόμηση Βραχόμαζας RMR Κατάσταση των επιφανειών των ασυνεχειών Κατάσταση επιφανειών ασυνεχειών Βαθμολογία R4 Πολύ τραχείες, χωρίς εξαλλοίωση 30 Ελαφρώς τραχείες, ελαφρά εξαλλοιωμένες, υλικό πλήρωσης <1mm 25 Ελαφρώς τραχείες, πολύ εξαλλοιωμένες, υλικό πλήρωσης <1mm Λείες ή γυαλιστερές (slickensided), υλικό πλήρωσης 1-5mm Υλικό πλήρωσης πάχους άνω των 5mm 0 Τιμή του δείκτη R4

10 Ταξινόμηση Βραχόμαζας RMR Παρουσία υπόγειου νερού Παρουσία υπόγειου νερού Βαθμολογία R5 Καθόλου νερό 15 Παρουσία υγρασίας 10 Υγρές επιφάνειες 7 Στάγδην 4 Με ροή 0 Τιμή του δείκτη R5

11 Ταξινόμηση Βραχόμαζας RMR RMR = R1 + R2 + R3 +R4 + R5 + R6 Κατάταξη βραχόμαζας Περιγραφή Βραχόμαζας Κατηγορία Βραχόμαζας Τιμές του δείκτη RMR Πολύ καλή Ι Καλή ΙΙ Μέτρια ΙΙΙ Φτωχή ΙV Πολύ φτωχή V 0-20 Πίνακας τελικής κατάταξης ποιότητας βραχόμαζας ανάλογα με την τελική τιμή του RMR σε κατηγορίες

12 Ταξινόμηση Βραχόμαζας RMR Επισημαίνεται ότι εάν η βαθμονόμηση RMR χρησιμοποιείται για την εκτίμηση μέτρων άμεσης υποστήριξης κατά τη διάνοιξη σηράγγων, τότε λαμβάνονται υπόψη όλοι οι όροι του RMR, ενώ στην περίπτωση που χρησιμοποιείται για την ποσοτικοποίηση των παραμέτρων της βραχόμαζας, τότε λαμβάνονται υπόψη μόνο οι τέσσερις πρώτοι όροι (στον όρο του υπογείου νερού θεωρούνται ξηρές συνθήκες, R5=15 και στον όρο του προσανατολισμού των ασυνεχειών θεωρείται μηδενική τιμή R6=0).

13 Διεύθυνση κάθετη στον άξονα της σήραγγας Προχώρηση σύμφωνα Προχώρηση αντίθετα με την κλίση με την κλίση Κλίση Κλίση Κλίση Κλίση Πολύ ευνοϊκή Ευνοϊκή Μέτρια Δυσμενής Κλίση Δυσμενής ανεξάρτητα από τη διεύθυνση Διεύθυνση παράλληλη στον άξονα της σήραγγας Κλίση Πολύ δυσμενής Κλίση Μέτρια Πίνακας σημασίας του προσανατολισμού ασυνεχειών σε σήραγγα (Wickham et al) Προσανατολισμός των ασυνεχειών σε σχέση με τη φορά διάνοιξης του έργου Προσανατολισμός ασυνεχειών Δείκτης R6 Πολύ ευμενής 0 Ευμενής -2 Αδιάφορος -5 Δυσμενής -10 Πολύ δυσμενής -15 Τιμή του δείκτη R6

14 Προτάσεις υποστήριξης σε Σήραγγες, ανάλογα με την τιμή του RMR.

15 Διατμητική αντοχή της βραχόμαζας Το εργαλείο: Η χρήση του συστήματος ταξινόμησης βραχόμαζας GSI Δείκτης Γεωλογικής Αντοχής GSI (Hoek & Marinos, 2000)

16 Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόμαζες Φλύσχη Σύνθετη βραχόμαζα Εναλλαγές ικανών - μεγάλης γενικά αντοχής στρωμάτων και μη ικανών - μικρής γενικά αντοχής στρωμάτων Έντονη γενικά στρωσιγένεια 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 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

17 Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόμαζες Φλύσχη

23 Γεωτεχνική Ταξινόμηση GSI για τον φλύσχη Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Φλύσχη

24 Ι. Γεωτεχνική Ταξινόμηση GSI για τον φλύσχη Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Φλύσχη

25 Ι. Γεωτεχνική Ταξινόμηση GSI για τον φλύσχη Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Φλύσχη Σημείωση: Στρώματα κροκαλοπαγών δεν συμπεριλαμβάνονται στις εναλλαγές καθώς αποτελούν ξεχωριστή ενότητα μέσα στον σχηματισμό.

26 Γεωτεχνική Ταξινόμηση GSI για τον φλύσχη Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Φλύσχη

27 Νέο Σύστημα Ταξινόμησησ GSI για ετερογενείσ βραχόμαζεσ Εδώ Φλύσχησ

28 Νέο Σύστημα Ταξινόμησησ GSI για ετερογενείσ βραχόμαζεσ Εδώ Φλύσχησ

29 Γεωτεχνικές ταξινομήσεις GSI RMR- Q Το σύστημα GSI δεν υποκαθιστά τα γνωστά RMR ή το Q, αφού αυτά δημιουργήθηκαν για την εκτίμηση των μέτρων άμεσης υποστήριξης της βραχόμαζας. Η κύρια λειτουργία του GSI είναι η εκτίμηση των ιδιοτήτων και των παραμέτρων σχεδιασμού της βραχόμαζας εκεί όπου έχει εφαρμογή το κριτήριο αστοχίας Hoek - Brown.

30 Κατηγορίεσ Τεχνικογεωλογικήσ Συμπεριφοράσ

33 Εκτίμηση Συγκλίσεων στις σήραγγες 1. Εκτιμάται μέσω του λόγου σ cm /p o. σ cm : Mονοαξονική αντοχή βραχόμαζας p o : Επιτόπου κατακόρυφη τάση 2. Υπολογισμός σ cm. Απαιτούνται (Βλέπε σχετικό διάγραμμα): GSI σ ci m i 3. Υπολογισμός p o Θεωρούμε p o =γ*η (όπου γ το ειδικό βάρος και Η το πάχος των υπερκείμενων-βάθος σήραγγας)

34 Πρώτη εκτίμηση της αναμενόμενης παραμόρφωσης σε σήραγγα και των απαιτούμενων προσωρινών μέτρων υποστήριξης Eπιτόπου τάση p o = γ * Η, γ: ειδικό βάρος υλικού (π.χ. 0,025 ΜΝ/m 3 ) H: το πάχος των υπερκειμένων (βάθος σήραγγας στο σημείου υπολογισμού) Hoek and Marinos, 2000

35 Εκτίμηση Συγκλίσεων στις σήραγγες. Αρχικά πρέπει να υπολογίσεται την αντοχή της βραχόμαζας (σ cm ) Χρειάζονται: GSI σ ci m i

36 Από την αναμενόμενη παραμόρφωση σε σήραγγα στον τύπο απαιτούμενων προσωρινών μέτρων υποστήριξης

37 ΑΣΚΗΣΗ 9 A Εργο : Μεγάλη οδική σήραγγα 12m Διάτρηση : και από τα 2 στόμια Πέτρωμα : Χαλαζίτης Δομή : Μονοκλινής με κλίσεις 50º και διεύθυνση κάθετη στη διάτρηση Στρώματα : πάχους 0.50m Διακλάσεις : 2 κύριες & 1 δευτερεύσουσα ανα 0.40m Ποιότητα διακλάσεων : >50m βάθος: ασυνεχείς με σκληρά τοιχώματα χωρίς αποσάθρωση και κλειστές σε βάθος <50m βάθος: άνοιγμα μέχρι 3mm με αργιλικό υλικό πλήρωσης λόγω αποσυμπίεσης και αποσάθρωσης RQD : 85% >50m βάθος 45% <50m βάθος Αντοχή σε μονοαξονική θλίψη : 200MPa Νερό : >50m βάθος: συνθήκες μέτριας πίεσης, γεωστατικές <50m βάθος: βραχόμαζα λίγο υγρή

38 ΑΣΚΗΣΗ 9 Α Ζητούμενα: 1.Να ταξινομήσετε την βραχόμαζα κατά μήκος της σήραγγας με το σύστημα RMR (βλέπε αντίστοιχους πίνακες στην παρουσίαση). Σημείωση 1: Εδώ μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το RMR καθώς η βραχόμαζα είναι καλής έως πολύ καλής ποιότητας γενικά. 2.Να εκτιμήσετε τα μέτρα άμεσης υποστήριξης κατά μήκος της σήραγγας χρησιμοποιώντας τις τιμές RMR και τους αντίστοιχους πίνακες (βλέπε παρουσίαση). Σημείωση 2: Η μέθοδος αυτή, όταν χρησιμοποιείται, χρησιμοποιείται μόνο για καλές έως πολύ καλές βραχόμαζες (RMR>35). Σήμερα, τα μέτρα άμεσης υποστήριξης αναλύονται μέσα από αριθμητικά μοντέλα (με τη χρήση παραμέτρων διατμητικής αντοχής) και όχι μόνο εμπειρικά.

39 ΑΣΚΗΣΗ 9 Β Στην ορεινή περιοχή της τομής μελετάται να διανοιχθεί οδική σήραγγα διαμέτρου 12m στη στάθμη των 400m (απόλυτο υψόμετρο). Γεωλογικά η περιοχή δομείται, από τους νεότερους στους παλαιότερους σχηματισμούς, από εναλλαγές ψαμμιτών και ιλυολίθων, ιλυόλιθος με λεπτές ενστρώσεις ψαμμιτών και ασβεστόλιθους. Έπειτα από τη γεωλογική χαρτογράφηση της περιοχής προέκυψε ότι η σειρά των στρωμάτων διακόπτεται από ένα ρήγμα (Ρ) το οποίο έχει σημειωθεί μόνο στην επιφάνεια. Επίσης, έχουν χαρτογραφηθεί, όπου αυτό ήταν δυνατό λόγω της πυκνής φυτοκάλυψης, οι επαφές των στρωμάτων που προβάλουν στην επιφάνεια. Για την διερεύνηση των τεχνικογεωλογικών συνθηκών στο βάθος πραγματοποιήθηκαν αρκετές γεωτρήσεις. Για τους σκοπούς τους άσκησης σας δίνεται η γεώτρηση Γ. Τα αποτελέσματα της γεώτρησης και των εργαστηριακών δοκιμών που έγιναν στους σχηματισμούς παρουσιάζονται παρακάτω: Η γεώτρηση Γ συνάντησε: Από την επιφάνεια μέχρι τα 50m εναλλαγές ψαμμιτών και ιλυολίθων, από τα 50 έως τα 125m βάθος ιλυόλιθο με λεπτές ενστρώσεις ψαμμιτών, από τα 125m μέχρι το τέλος της γεώτρησης ασβεστόλιθο. Η γεώτρηση συνάντησε στα 175m βάθος έντονα κερματισμένη ζώνη (μυλονιτίωσης) ασβεστολίθου με RQD=0%.

40 ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Τα γεωλογικά στρώματα διατηρούν σταθερή την παραλληλία και την κλίση τους σε όλη την έκταση της υπό μελέτη περιοχής. Το πάχος του ασβεστόλιθου θεωρείστε το πολύ μεγάλο.

41 ΑΣΚΗΣΗ 9 Περιγραφή βραχόμαζας: Εναλλαγές ψαμμιτών και ιλυολίθων: Μέτρια κερματισμένη βραχόμαζα (3 οικογένειες ασυνεχειών) με ομαλές επιφάνειες ασυνεχειών. Η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη (σ ci ) του άρρηκτου ψαμμίτη-ιλυολίθου είναι 40MPa. Ιλυόλιθος με λεπτές ενστρώσεις ψαμμιτών: Μέτρια διαταραγμένος με 3 οικογένειες ασυνεχειών και ομαλές επιφάνειες ασυνεχειών. Στις ζώνες ρηγμάτων παρατηρείται ως έντονα διατμημένος σχηματισμός με φυλλώδη σχιστολιθική δομή, ολισθηρές επιφάνειες και σχεδόν χαοτικούς χαρακτήρας. Η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη (σ ci ) του ιλυολίθου είναι περί τα 20MPa ενώ στις ζώνες διάτμησης είναι 10MPa. Ασβεστόλιθος: Μέτρια κερματισμένος (3 οικογένειες ασυνεχειών) με τραχείες επιφάνειες ασυνεχειών. Η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη (σ ci ) του ασβεστολίθου είναι περί τα 70MPa.

42 ΑΣΚΗΣΗ 8 Β Ζητούμενα: 1.Συμπληρώστε το γεωλογικό μοντέλο της σήραγγας. 2.Ταξινομήστε τους πιθανούς τύπους βραχόμαζας κατά μήκος της σήραγγας με το σύστημα GSI. 3.Αφού αιτιολογήσετε πρώτα, κατηγοριοποιήστε κατά μήκος της τομής ποιά θα είναι τα ενδεχόμενα τεχνικογεωλογικά προβλήματα (π.χ. πτώση σφηνών, αυξημένες συγκλίσεις, παρουσία νερού κ.α). 4.Εντοπίστε πού ακριβώς θα παρουσιαστεί η μέγιστη σύγκλιση και υπολογίστε ποιό θα είναι το μέγεθος αυτής χωρίς να έχουν τοποθετηθεί μέτρα άμεσης υποστήριξης ακόμα. Σημείωση 2: Χρησιμοποιήστε ότι υλικό κρίνεται απαραίτητο από τα διαγράμματα-πίνακες που δίνεται στην παρουσίαση της άσκησης.

43 Βιβλιογραφία Bieniawski, Z.T Engineering rock mass classifications. New York: Wiley. Hoek, E., Marinos, P., Predicting tunnel squeezing in weak heterogeneous masses. Tunnels and Tunnelling International, Part 1 November Issue 2000, pp ; Part 2 December 2000, pp Marinos, V., Marinos, P., Hoek, E., The geological strength index: applications and limitations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 64, pp Marinos V., Fortsakis P., Prountzopoulos G. «Estimation of geotechnical properties and classification of geotechnical behaviour in tunnelling for flysch rock masses» (2011). Proceedings of the 15th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, A. Anagnostopoulos et al. (Eds.), Part 1, pp , Athens.