Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας

Transcript

1 Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 5 η Άσκηση: Ευστάθεια βραχωδών πρανών µε χρήση δικτύου Schmidt. Υπολογισµός συντελεστή ασφαλείας από ανάλυση δυνάµεων. Επίδραση νερού. Αντιστηρίξεις πρανών. Καθ. Β.Χρηστάρας Επ. Καθ. Β. Μαρίνος Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας

2 Πως θα συµπεριφερθεί; Ποιός ο πιθανός τύπος αστοχίας;

3 Πως θα συµπεριφερθεί-αστοχήσει??? ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Αποδοµηµένη βραχόµαζα

4 Πως µπορεί να αστοχήσει η βραχόµαζα? Ισότροπη Αστοχία βραχόµαζας ως ισότροπο µέσο (περιστροφική ολίσθηση) Ανισότροπη Αστοχία κατά µήκος συγκεκριµένων προυπαρχουσών Ασυνεχειών (επίπεδη ή σφηνοειδή ολίσθηση)

5

6 Κινηµατική ανάλυση ευστάθειας Επίπεδη ολίσθηση Σφηνοειδή ολίσθηση Ολίσθηση από Ανατροπή Ολίσθηση από Ανατροπή

7 Μηχανισµοί αστοχιών σε βραχώδη πρανή Επίπεδες αστοχίες (planar failures) ελέγχονται από µία µόνο επιφάνεια ασυνέχειας που προβάλλει στο πρόσωπο του πρανούς σχήµα Σφηνοειδείς αστοχίες (wedge failures) περιλαµβάνουν µια αστοχούσα µάζα που καθορίζεται από δύο επιφάνειες ασυνεχειών που τέµνονται κατά µία γραµµή µε κατηφορική κλίση προς το µέτωπο του πρανούς Αστοχίες ανατροπής (toppling failures) περιλαµβάνουν πλάκες ή κολώνες (στύλους) βράχου που οριοθετούνται από ασυνέχειες που βυθίζονται απότοµα στο µέτωπο του πρανούς (αντίρροπα µε το πρανές) Κυκλικές αστοχίες (circular failures) πραγµατοποιούνται σε βραχόµαζες που είτε είναι έντονα διακλασµένες (χωρίς να προβάλει κάποια σαφώς επικρατούσα και δυσµενής προσανατολισµός), ή αποτελούνται από υλικά µε χαµηλή αντοχή του άρρηκτου πετρώµατος

8 Κινηµατική Ανάλυση Βραχωδών Πρανών Ο πιθανός µηχανισµός αστοχίας εδώ είναι η ολίσθηση τεµάχους πάνω σε µία ή περισσότερες ασυνέχειες που ο προσανατολισµός του καθοδηγεί τη θραύση. Όταν, δηλαδή, η βραχόµαζα δεν συµπεριφέρεται ως ισότροπο υλικό αλλά ανισότροπα.

9 Ολίσθηση πάνω σε προϋπάρχουσα ασυνέχεια Την ευστάθεια του πρανούς θα καθορίσει η αντοχή των ασυνεχειών. Το υλικό συµπεριφέρεται αυστηρά ανισότροπα αν ευνοείται ο προσανατολισµός των ασυνεχειών σε σχέση µε τον προσανατολισµό του πρανούς.

10 Επίπεδη Ολίσθηση

11 Διατµητική αντοχή ασυνεχειών Επίπεδη Ολίσθηση Επίπεδη Ολίσθηση

12 Μορφές κατολισθήσεων Σφηνοειδής ολίσθηση

13 Ανισότροπη συµπεριφορά βράχου (σφηνοειδής ολίσθηση) Διατµητική αντοχή ασυνεχειών

14 Σφηνοειδής Ολίσθηση

15 Σφηνοειδής Ολίσθηση

16 ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΟΥΣ Προϋποθέσεις ολίσθησης Περιστροφική ολίσθηση Επίπεδη ολίσθηση Σφηνοειδής ολίσθηση Ολίσθηση από ανατροπή

17

18 Περιστροφική Ολίσθηση Προϋποθέσεις ολίσθησης 1. Μεγάλο πλήθος ασυνεχειών σε πολλαπλές διευθύνσεις. 2. Στο δίκτυο: διάσπαρτοι πόλοι ασυνεχειών

19 Περιστροφική Ολίσθηση 1. Στο δίκτυο: διάσπαρτοι πόλοι ασυνεχειών

20 Πρανές Περιστροφική Ολίσθηση Δεν επικρατεί συγκεκριµένο σύστηµα ασυνεχειών

21 Επίπεδη Ολίσθηση Προϋποθέσεις ολίσθησης 1. Η ασυνέχεια να «ξεµιτίζει» στην επιφάνεια του πρανούς 2. Η ασυνέχεια να έχει περίπου (±20 µοίρες διαφορά) παράλληλη διεύθυνση και φορά µε το πρανές. 3. Η γωνία του πρανούς (φπ) να είναι µεγαλύτερη από της ασυνέχειας (φα) και οι δύο µεγαλύτερες από την γωνία τριβής της ασυνέχειας (φ). φπ > φα > φ

22

23

24 Επίπεδη Ολίσθηση 1. Διεύθυνση ασυνέχειας // µε διεύθυνση πρανούς (επιτρεπόµενη διαφορά έως ± 20 0 ) 2. φπ > φα > φ (Δοκιµή Markland)

25 Επίπεδη Ολίσθηση Πρανές (φ π ) Γωνία τριβής (φ ο ) Συγκέντρωση πόλων φ π > φ α > φ Ασυνέχεια (φ α )

26 Σφηνοειδής ολίσθηση Προϋποθέσεις ολίσθησης Δηµιουργία διέδρου από συνδυασµό δύο ασυνεχειών το οποίο ολισθαίνει κατά την ακµή του. 1. Η γωνία του πρανούς (φπ) να είναι µεγαλύτερη από της ακµής (φτ) και οι δύο µεγαλύτερες από την γωνία τριβής της ασυνέχειας (φ). (Δοκιµή Markland) φπ > φτ > φ 2. Η τοµή των ασυνεχειών να «ξεµιτίζει» στην επιφάνεια του πρανούς.

27

28 Σφηνοειδής Ολίσθηση 1. φπ > φτ > φ

29 Σφηνοειδής Ολίσθηση Πρανές (φ π ) Γωνία τριβής (φ ο ) Συγκέντρωση πόλων φ π > φ τ > φ Τοµή Ασυνεχειών (φ τ )

30 Ολίσθηση σφήνας Που γίνεται η ολίσθηση??? 1. Κατά µήκος το ενός ή του άλλου επιπέδου (ασυνέχεια Κ1 ή Κ2) 2. Κατά µήκος της τοµής ακµής των 2 ασυνεχειών Τεστ Hocking q Αν µεταξύ της διεύθυνσης κλίσης του πρανούς και της διεύθυνσης κλίσης της τοµής (ι) δεν περιέχεται κάποια από τις 2 ασυνέχειες (εδώ Κ1, Κ2) τότε η ολίσθηση µπορεί να γίνει κατά µήκος της i. q Αν περιέχει την Κ1 ή την Κ2 τότε η ολίσθηση γίνεται κατά µήκος του Κ1 ή Κ2.

31 Ολίσθηση από ανατροπή Προϋποθέσεις ολίσθησης 1. Φορά κλίσης ασυνέχειας: Αντίρροπη φοράς κλίσης πρανούς, µε διεύθυνση +/ Μεγάλη κλίση ασυνέχειας (>70 0 )

32 Ολίσθηση από Ανατροπή

33 Πρανές Ολίσθηση Ανατροπής (γενικό κριτήριο) Συγκέντρωση πόλων Φ α >70 ο Αντίθετη φορά κλίσης από το πρανές Ασυνέχεια (φ α >70 ο )

34 Εργαλεία Προβολής Γωνία Τριβής φ Προβάλλεται ως κύκλος µε κέντρο το δίκτυο και ακτίνα 90-φ Προβάλλεται ως έλλειψη γύρω από τον πόλο Ν (κώνος τριβής Talobre) του επιπέδου Σηµείωση: Στις ασκήσεις θα δουλεύετε µε κύκλο τριβής καθώς θα θεωρούµε την γωνία τριβής ίδια για όλες τις ασυνέχειες

35 Γωνία Τριβής φ Προβάλλεται ως κύκλος µε κέντρο το δίκτυο και ακτίνα 90-φ

36 Γωνία Τριβής φ Προβάλλεται ως έλλειψη γύρω από τον πόλο Ν (κώνος τριβής Talobre) του επιπέδου Σηµείωση: Στις ασκήσεις θα δουλεύετε µε κύκλο τριβής καθώς θα θεωρούµε την γωνία τριβής ίδια για όλες τις ασυνέχειες

37 Ανάλυση ευστάθειας πρανών u Όλα τα παραπάνω (δίκτυο Schmidt) τα κάναµε για να δούµε ΑΝ ΜΠΟΡΕΙ να αστοχήσει ένα τέµαχος. Δυνητικά δηλαδή. u Ποια δηλαδή µπλοκ προκρίνονται για ολίσθηση (επίπεδη, σφηνοειδή) ή ανατροπή. u ΘΑ ΑΣΤΟΧΗΣΟΥΝ ΟΜΩΣ ΤΕΛΙΚΑ;;;;;;;;;ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΞΕΡΟΥΜΕ ΣΙΓΟΥΡΑ ΚΑΙ ΥΠΟ ΠΟΙΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ u Πρέπει να κάνουµε ανάλυση όλων των δυνάµεων που επιδρούν πάνω σε αυτά τα µπλοκ για το συγκεκριµένο πρανές

38 Ανάλυση ευστάθειας πρανών u Συντελεστής Ασφαλείας (F): F = Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης / Δυνάµεις που ωθούν προς ολίσθηση u Αν F<1 τότε έχουµε αστοχία u Αν F>1 τότε έχουµε ευστάθεια u Αν F=1 τότε έχουµε οριακή ισορροπία u Είναι όµως η οριακή ισορροπία (F=1) αποδεκτό όριο για την ασφαλή λειτουργία των πρανών;;;

39 Ανάλυση ευστάθειας πρανών u Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης: i. Βάρος (κάθετη συνιστώσα στην επιφάνεια) ii. Τριβή κατά µήκος της επιφάνειας ολίσθησης iii. Συνοχή κατά µήκος της επιφάνειας ολίσθησης u Δυνάµεις που ωθούν έναντι ολίσθησης: i. Βάρος (παράλληλη συνιστώσα µε την επιφάνεια ολίσθησης ii. iii. iv. F = Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης / Δυνάµεις που ωθούν προς ολίσθηση Πίεση νερού µέσα στις ασυνέχειες Δύναµη πιθανού σεισµού Εξωτερικό βάρος (φορτίο) πάνω στο υπό ολίσθηση µπλοκ

40 Ανάλυση δυνάµεων σε επίπεδη αστοχία Δυνάµεις: Βάρος W και δύναµη Τριβής T u Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης: i. Βάρος (κάθετη συνιστώσα στην επιφάνεια) ii. Τριβή κατά µήκος της επιφάνειας ολίσθησης Συνοχή κατά µήκος της επιφάνειας ολίσθησης u Δυνάµεις που ωθούν έναντι ολίσθησης: i. Βάρος (παράλληλη συνιστώσα µε την επιφάνεια ολίσθησης ii. iii. F = Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης / Δυνάµεις που ωθούν προς ολίσθηση Το βάρος W αναλύεται σε δύο συνιστώσες: Ν: στην ορθή συνιστώσα (συγκρατεί) S: στην διατµητική (ωθεί) F=T/S T=Ν*εφφ=Wσυνα*εφφ S=W*ηµα Όπου α η γωνία κλίσης του υπό ολίσθηση τεµάχους Αν έχει και δύναµη συνοχής Rc: εφφ= Τ/Ν iii. + Rc/N Πίεση νερού µέσα στις ασυνέχειες Εξωτερικό βάρος (φορτίο) πάνω στο υπό ολίσθηση µπλοκ

41 Αύξηση του συντελεστή ασφαλείας αν F<1 1. Αύξηση του αριθµητή: Αύξηση των δυνάµεων που συγκρατούν Εφαρµογή αγκυρίων Εφαρµογή εκτοξευµένου σκυροδέµατος Αύξηση βάρους στη βάση του πρανούς 2. Μείωση του παρανοµαστή: Μείωση των δυνάµεων που ωθούν στην ολίσθηση F = Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης / Δυνάµεις που ωθούν προς ολίσθηση Μείωση των υδατικών πιέσεων (αποστράγγιση) Ελάφρυνση αφαίρεση βάρους

42 Η παρουσία του νερού ως καθοριστικός παράγοντας για την ευστάθεια ενός βραχώδους πρανούς u Η πίεση του νερού Η πίεση του νερού µέσα στις ρωγµές πιέζει το υπό ολίσθηση µπλοκ είτε αυξάνοντας τις υδροστατικές δυνάµεις (ανοικτή επιφάνεια) είτε αυξάνοντας τις πιέσεις πόρων (αδιαπέρατη ασυνέχεια, π.χ. αργιλική). Δηλαδή µειώνονται οι ενεργές τάσεις µειώνει την ευστάθεια των πρανών µειώνοντας τη διατµητική αντοχή των πιθανών επιφανειών ολίσθησης (για επιφάνειες µε αργιλικά κυρίως υλικά) u Aύξηση του βάρους της βραχόµαζας. Εξάλλου οι µεταβολές στο ποσοστό της υγρασίας σε µερικού βράχους, ιδιαίτερα αργιλικούς σχιστόλιθους, µπορούν να προκαλέσουν ταχύτατη αποσάθρωση µε αποτέλεσµα τη µείωση της ευστάθειας.

43 Ευστάθεια βραχωδών πρανών Ανάλυση Βραχώδη Πρανή: Βραχώδη πρανή υψηλότερα από 10 µέτρα πρέπει να µελετώνται σύµφωνα µε τις αρχές της Βραχοµηχανικής, λαµβανοµένων υπόψη των συνθηκών του υπόγειου νερού. Οι εκσκαφές στο βράχο πρέπει να µελετώνται ώστε να είναι ασφαλείς έναντι συνολικής θραύσης, αλλά θα είναι επιτρεπτές επιφανειακές θραύσεις των πρανών µεταξύ των οριζόντιων βαθµίδων. Πρέπει να λαµβάνονται µέτρα ώστε να µη φθάνουν στο δρόµο καταπτώσεις βραχωδών συντριµµάτων από το πρανές. Η γραµµή πρανούς, για τη µελέτη της συνολικής θραύσης, θα ορίζεται από τη γραµµή που ενώνει το πίσω µέρος των οριζοντίων βαθµίδων.

44 Αποδεκτός συντελεστής ασφαλείας Βραχώδη Πρανή: Οι ελάχιστοι συντελεστές ασφάλειας έναντι θραύσης του συνολικού πρανούς (σε περίπτωση αναβαθµίδων) θα πρέπει να είναι σύµφωνοι µε τον Πίνακα: ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΠΡΑΝΩΝ - - ΘΡΑΥΣΗ ΣΥΝΟΛΙΚΟΥ ΠΡΑΝΟΥΣ α/α Συνδυασµού Σεισµός Ν Ν Ο Ο Ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα 50- ετίας Ν Ο Ν Ο Απαιτούµενος συντελεστής ασφαλείας - 1,0 1,2 1,3 όπου : Σεισµός Ν Σεισµός σχεδιασµού σύµφωνα µε το ΝΕΑΚ, παραγρ. 5.4 Ο Όχι σεισµός Ανώτατη στάθµη υπογείου ορίζοντα 50-ετίας Ν Προβλεπόµενη ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα 50-ετίας Ο Προβλεπόµενη ετήσια ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα

45 Αποδεκτός συντελεστής ασφαλείας Βραχώδη Πρανή: Οι ελάχιστοι συντελεστές ασφάλειας έναντι θραύσης των πρανών µεταξύ οριζοντίων αναβαθµών θα πρέπει να είναι σύµφωνοι µε τον Πίνακα: ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΠΡΑΝΩΝ - ΠΡΑΝΗ ΜΕΤΑΞΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΩΝ ΒΑΘΜΙΔΩΝ α/α Συνδυασµού Σεισµός Ν Ν Ο Ο Ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα 50- Ν Ο Ν Ο ετίας Απαιτούµενος συντελεστής ασφαλείας - - 1,1 1,2 όπου : Σεισµός Ν Σεισµός σχεδιασµού σύµφωνα µε το ΝΕΑΚ, παραγρ. 5.4 Ο Όχι σεισµός Ανώτατη στάθµη υπογείου ορίζοντα 50-ετίας Ν Προβλεπόµενη ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα 50-ετίας Ο Προβλεπόµενη ετήσια ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα

46 Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF), σε πρανές α) χωρίς εφελκυστική ρωγµή β) µε εφελκυστική ρωγµή γεµάτη νερό

47 Άσκηση 5A Σιδηροδροµική γραµµή υψηλών ταχυτήτων σχεδιάζεται να διέλθει επιφανειακά σε µια από τις πλαγιές κοιλάδας που έχει διεύθυνση Β-Ν, αφού γίνουν οι κατάλληλες εκσκαφές του πρανούς που τελικά επιλεγεί και που στον αρχικό σχεδιασµό προβλέπεται µε κλίση 5:1 (κατακόρυφο προς οριζόντιο), δηλαδή µε γωνία 78ο περίπου. Από τη γεωλογική µελέτη της περιοχής ενδιαφέροντος και τις τεκτονικές αναλύσεις προέκυψαν τα εξής: Ο ασβεστόλιθος παρουσιάζει επίσης 3 οικογένειες διακλάσεων µε κλίση και διεύθυνση µέγιστης κλίσης: J1 80 ο /218 ο J2 70 ο /313 ο J3 80 ο /148 ο Ο σχηµατισµός της περιοχής, και στις δύο πλαγιές της κοιλάδας, είναι ασβεστόλιθος µε καλά αναπτυγµένη στρώση, µε διεύθυνση Β-Ν και κλίση 74ο προς τα ανατολικά.

48 Άσκηση 5A Δεν εντοπίστηκε υδροφόρος ορίζοντας στη στάθµη διέλευσης της σιδηροδροµικής γραµµής. Από εργαστηριακές δοκιµές διάτµησης που έγιναν σε τεχνητά διαµορφωµένες επιφάνειες του ασβεστολίθου προσδιορίστηκε βασική γωνία τριβής 35 ο. Επίσης, από τη γεωλογική έρευνα εκτιµήθηκε ότι η τραχύτητα των επιφανειών όλων των ασυνεχειών αντιστοιχεί σε µια µέση γωνία 10ο, ενώ εκτιµάται µηδενική συνοχή όλων των ασυνεχειών. Ζητούµενα: 1. Να προσδιοριστεί σε ποια από τις δύο πλαγιές της συγκεκριµένης κοιλάδας είναι πιο ασφαλής η διέλευση της σιδηροδροµικής γραµµής. Αναφέρατε αναλυτικά τους τύπους των αναµενόµενων αστοχιών σε κάθε περίπτωση. 2. Για την πλαγιά που επιλέξατε προσδιορίστε τη µέγιστη κλίση εκσκαφής του πρανούς ώστε να µην υπάρξει κίνδυνος των όποιων ολισθήσεων.

49 Άσκηση Β Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF), σε πρανές F = c A + (W cosψ p U V sinψ p ) tanϕ V cosψ p +W sinψ p

50 Άσκηση Β Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF), σε πρανές F = c A + (W cosψ U V sinψ p p ) tanϕ V cosψ p +W sinψ p Α η επιφάνεια ολίσθησης W το βάρος του τεµάχους που ολισθαίνει U & V οι αντίστοιχες υδροστατικές δυνάµεις) Α = Η - Ζ sinψ ρ U = γ w * A * Z w 2 V = γ * ( ) w Z w 2 2 W= V τεµάχους * γ όπου V τεµάχους ο όγκος του υπό ολίσθηση τεµάχους και γ το ειδικό βάρος του πετρώµατος. Άρα εσείς πρέπει να βρείτε τον όγκο.

51 Άσκηση Β Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF) Ε Δ Γ Β W= V τεµάχους * γ Α! Ο όγκος V τεµάχους = V ΑΒΓΔΑ V ΑΒΓΔΑ = V ΑΒΓΕΔΑ - V ΑΔΕ (δηλαδή ο όγκος ΑΔΕ είναι εµβαδόν τριγώνου * πάχος µπλοκ, Εµβαδόν τριγώνου ΑΔΕ = Βάση* Ύψος / 2 και το πάχος του µπλοκ όπως σας δίνεται είναι 1m) (δηλαδή ο όγκος ΑΒΓΕΔΑ είναι εµβαδόν τραπεζίου * πάχος µπλοκ: Εµβαδόν τραπεζίου ΑΒΓΕΔΑ = (Βάση 1 + Βάση 2) / 2 * Ύψος και το πάχος του µπλοκ όπως σας δίνεται είναι 1m)

52 Κάποια επιπλέον θεωρητικά στοιχεία Διατµητική αντοχή ασυνεχειών: Διαφάνειες που παρουσιάζουν την εργαστηριακή-εµπειρική διαδικασία υπολογισµού της διατµητικής αντοχής των ασυνεχειών. Παρουσιάζεται αδρά η διαδικασία κινηµατική ανάλυσης: από τις µετρήσεις στην ύπαιθρο έως την ανάλυση στο γραφείο. Παρουσιάζονται ορισµένα θέµατα αντιστήριξης των πρανών

53 Διατµητική αντοχή ασυνεχειών τ σ τ=σʹ tan φ

54 Διατµητική αντοχή ασυνεχειών σ τ i ʹ tan( i) τ=σ φ+

55 Διατµητική αντοχή ασυνεχειών Κριτήρια θραύσης Από Hudson & Harrison, 1997

56 Διατµητική αντοχή ασυνεχειών Κριτήριο αστοχίας Barton JSC τ=σʹ tan( φ + JRClog ) b σʹ τ=σʹ tan( φ+ i) φ b JRC JCS Βασική γωνία τριβής του άρρηκτου βράχου. Υπολογίζεται από πειράµατα σε λείες επιφάνειες Συντελεστής τραχύτητας. Υπολογίζεται µε βάση τυποποιηµένα προφίλ. Αντοχή των τοιχωµάτων σε µονοαξονική θλίψη. Υπολογίζεται έµµεσα από δοκιµές σκληροµέτρησης µε τη σφύρα Schmidt.

57 Συντελεστής τραχύτητας JRC. Υπολογίζεται µε βάση τυποποιηµένα προφίλ. Προφιλόµετρο Προφιλόµετρο

58 Αντοχή των τοιχωµάτων σε µονοαξονική θλίψη JCS. Υπολογίζεται έµµεσα από δοκιµές σκληροµέτρησης µε τη σφύρα Schmidt.

59 Πειραµατικός υπολογισµός διατµητικής αντοχής ασυνεχειών

60 Πειραµατικός υπολογισµός διατµητικής αντοχής ασυνεχειών

61 Πειραµατικός υπολογισµός διατµητικής αντοχής ασυνεχειών Συσκευή άµεσης διάτµησης

62 Διατµητική αντοχή ασυνεχειών Κριτήριο αστοχίας Barton

63 Διατµητική αντοχή ασυνεχειών Συµπερασµατικά (Σχηµατικά)

64 Κριτήριο αστοχίας Barton για τις ασυνέχειες Διατµητική αντοχή ασυνέχειας ως προς πάχος υλικού πλήρωσης Διατµητική αντοχή ασυνέχειας φ b =35 ο JRC=14 JCS=30MPa Υλικό πλήρωσης φ=25 ο c=30kpa Πάχος υλικού πλήρωσης (mm)

65 Σχηµατική απεικόνιση των γεωµετρικών ιδιοτήτων των ασυνεχειών Οµάδα ασ. Υλικό πλήρωσης Οµάδα ασυνεχειών Αντοχή τοιχώµατος Συχνότητα Μέγεθος µπλοκ Εµµονή Τραχύτητα Άνοιγµα Διήθηση Κλίση-Φορά κλίσης

66 Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Για την κατασκευή του τεκτονικού διαγράµµατος πρέπει να πραγµατοποιηθούν µετρήσεις στην ύπαιθρο. Οι µετρήσεις γίνονται µε γεωλογική πυξίδα και καταγράφονται σε ειδικό φύλλο έντυπο. Ο αριθµός των µετρήσεων εξαρτάται από το τεχνικό έργο και τις προδιαγραφές του. Ο κανόνας είναι µετρήσεις ανά τεχνικό διάγραµµα. Οι ασυνέχειες που µετρώνται είναι Στρώση Σχιστότητα Διακλάσεις Ρήγµατα

67 ii. Μ ετρήσεις τ ε κ τ ο ν ι κ ώ ν στοιχείων Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ)

68

69 Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Για κάθε µέτρηση θα πρέπει να δίνονται: Διεύθυνση κλίσης / µέτρο κλίσης (π.χ. 070 ο /88 ο ) ή ανάποδα (88 ο /070 ο ) Ο τύπος της ασυνέχειας (στρώση-β, Σχιστότητα-S, Διάκλαση-J, Ρήγµα-F) Η εµµονή της ασυνέχειας (συνέχεια στο χώρο): Η εµµονή είναι πολύ σηµαντική διότι επηρεάζει τα µεγέθη των υπό ολίσθηση τεµαχών-µπλοκ. Π.χ. µικρή εµµονή µιας ασυνέχειας σχηµατίζει µικρή σφήνα ή µικρού πάχους πλάκα, και συνεπώς η δύναµη συγκράτησης και το µήκος ενός αγκυρίου («καρφιά») θα είναι µικρότερη. Η απόσταση των ασυνεχειών της ίδιας οµάδας (π.χ. στρώσης). Όµοια, η απόσταση επηρεάζει άµεσα το µέγεθος των τεµαχών.

70 Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) (συνέχεια ) Για κάθε µέτρηση θα πρέπει να δίνονται: Η τραχύτητα των ασυνεχειών. Διαµορφώνει τη διατµητική αντοχή της επιφάνειας της ασυνέχειας (κυρίως της γωνίας τριβής, φ ο ). Αυτή εκτιµάται είτε ποιοτικά είτε µέσω του συντελεστή JRC. Η παρουσία υλικού πλήρωσης. Εδώ σηµειώνεται: α)αν υπάρχει υλικό πλήρωσης, β)πόσο είναι το πάχος του και γ) ποια είναι η σύστασή του (π.χ. αργιλικό, ασβεστιτικό). Η παρουσία υλικού πλήρωσης κατά µήκος µιας οικογένειας ασυνεχειών επιδρά στη διατµητική αντοχή της ασυνέχειας.

71 Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) (συνέχεια ) Για κάθε µέτρηση θα πρέπει να δίνονται: Συγκόλληση κατά µήκος των ασυνεχειών. Θα πρέπει να σηµειώνεται ενδεχόµενη συγκόλληση κατά µήκος των ασυνεχειών (π.χ. ασβεστιτικό). Ενδεχόµενη συγκόλληση αυξάνει την συνοχή c (που γενικά κατά µήκος των ασυνεχειών θεωρείται µηδενική)

72 Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) (συνέχεια ) Παρουσία νερού. Αν υπάρχει (υγρασία, στάγδην, ροή) νερό κατά µήκος των ασυνεχειών θα πρέπει να σηµειώνεται.

73 Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) (συνέχεια ) Κατά την διαδικασία των µετρήσεων θα πρέπει να λαµβάνονται όλες οι οικογένειες ασυνεχειών και να µην προτιµώνται οι ίδιες. Το µήκος της µέτρησης µπορεί να είναι µερικών µέτρων (10-20m) αρκεί να είναι αντιπροσωπευτικό της δοµής της µετρούµενης βραχόµαζας. Βεβαίως, αν υπάρχουν ήδη διαµορφωµένα τεµάχη (π.χ. σφήνες, επίπεδες ολισθήσεις, ανατροπές) από συγκεκριµένες ασυνέχειες αυτές µετρώνται, καταγράφονται και αποτελούν οδηγό επαλήθευσης για την ανάλυση στο γραφείο.

74 Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) 1. Εισαγωγή των γεωµετρικών στοιχείων των ασυνεχειών (από τις µετρήσεις στην ύπαιθρο) Κλίση Διεύθυνση Κλίσης

75 2. Προβολή των πόλων των ασυνεχειών (στρώσεις, διακλάσεις, ρήγµατα) Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ)

76 3. Κατανοµή πόλων και στατιστική επεξεργασία ασυνεχειών Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ)

77 Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) 4. Ορισµός των οικογενειών των ασυνεχειών και των επιπέδων τους. Κύριο σύστηµα ασυνεχειών Κλίση/Φορά βύθισης 1. J (Διάκλαση) 2. J (Διάκλαση) 3. J (Διάκλαση) 4. J (Διάκλαση) 5. J (Διάκλαση) 6. J (Διάκλαση) 82/154 66/229 35/218 50/111 83/317 44/357

78 Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) 5. Προβολή της διεύθυνσης του τεχνικού έργου (π.χ. ορύγµατος) και της γωνίας τριβής των ασυνεχειών (φ ο ) Μαύρο: Στοιχεία πρανούς Κόκκινο (κύκλος): Γωνία τριβής (φ ο ) Πράσινο: Ασυνέχειες

79 Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) 5. Εκτίµηση δυνητικών ολισθήσεων ανάλογα µε τη διεύθυνση και την κλίση του τεχνικού έργου και της διατµητικής αντοχής των ασυνεχειών (γωνία τριβής φ και συνοχή c): Επίπεδη ολίσθηση Σφηνοειδή ολίσθηση Ανατροπή

80 6. Ανάλυση δυνάµεων (διατµητική και ορθή συνιστώσα βάρους, διατµητική δύναµη λόγω τριβής, δύναµη νερού, δύναµη αγκύρωσης, κ.α.) υπό ολίσθηση τεµάχους και υπολογισµός συντελεστή ασφαλείας F. Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ)

81 Στάδια Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) Εφελκυστική ρωγµή Παρουσία νερού στην ρωγµή Διεύθυνση ολίσθησης Επιφάνεια ολίσθησης

82 Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I. Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης Αυτές οι µέθοδοι εµποδίζουν τα τεµάχη της βραχόµαζας που έχουν µετακινηθεί από τη θέση τους να προκαλέσουν καταστροφές (όπως π.χ. µε πτώση τους σε αυτοκινητόδροµους, σιδηροδροµικές γραµµές κλπ) Θεωρητικά, αυτές οι µέθοδοι έχουν µικρότερο κόστος, συνδυάζονται δε πολλές φορές µε προειδοποιητικές µεθόδους (προειδοποιούν για το ότι έχουν συµβεί ή συµβαίνουν µετακινήσεις) II. Ενεργητικά Μέτρα Αντιστήριξης Μειώνοντας τις δυνάµεις που προκαλούν την ολίσθηση, και άλλοτε αυξάνοντας τις δυνάµεις που αντιτίθεται σ αυτήν. Μειώνουν την πιθανότητα της µετακίνησης των διαφόρων τεµαχών της βραχόµαζας και γενικά αποτελούν την πρώτη επιλογή για τη λύση του προβλήµατος III. Μέτρα βελτίωσης ποιότητας βραχόµαζας επιδιώκεται η ενίσχυση της ποιότητας της βραχόµαζας:

83 Μέτρα Αντιστήριξης Βραχωδών Πρανών Αγκύρια (Προεντεταµένα, Παθητικά, Απλές Ηλώσεις) Δοκός Αγκυρίων Εκτοξευόµενο Σκυρόδεµα (µε ή χωρίς ινοπλισµό) Ανακουφιστικές και Αποστραγγιστικές Οπές Μεταλλικά Πλέγµατα Τοίχοι Κατακράτησης (Βραχοπαγίδες Geobrugg) Αναβαθµοί Προστασίας Καταπτώσεων Βράχων Τάφροι Αποµάκρυνση Χαλαρών Υλικών και Επικρεµάµενων Βράχων Γεωσυνθετικά Υλικά

84 Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I. Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης Καθαίρεση των διαφόρων κοµµατιών που είναι ελεύθερα να πέσουν και να προκαλέσουν καταστροφές. Είναι η οικονοµικότερη µέθοδος. Κατασκευή τάφρων που εµποδίζουν τα κοµµάτια να προχωρήσουν και να προκαλέσουν καταστροφές. Εκσκαφή πρανών (αλλαγή κλίσης, αναβαθµοί, κ.τ.λ.) έτσι ώστε να µειωθούν οι δυνάµεις που τείνουν να προκαλέσουν αστοχία. Τοποθέτηση δικτύων που αγκυρώνονται στον βράχο και συγκρατούν τα µικρά κυρίως κοµµάτια. Κατασκευή τοίχων που λειτουργούν σαν φράγµατα και συγκρατούν τα κοµµάτια που αστοχούν από το πρανές.

85 Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I. Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης Μέτρα προστασίας έναντι καταπτώσεων βράχων (Hoek, 2000)

86 Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I. Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης Μέτρα προστασίας έναντι καταπτώσεων (Hoek, 2000)

87 Παθητικά µέτρα αντιστήριξης µε τη χρήση φράκτη ανάσχεσης

88 Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I. Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης Σύγχρονα Μεταλλικά Πλέγµατα τα δίχτυα που αποτελούνται από ενωµένα δακτυλίδια συρµατόσχοινων, έχουν εν µέρει αντικαταστήσει τα «διαγώνια» δίχτυα. Τα τελευταία χρησιµοποιούνται ελάχιστα και έχουν απορροφητική ικανότητα ενέργειας, το πολύ 2000kJ. Με το πέρασµα των χρόνων και τη συνεχή έρευνα και δοκιµές στον τοµέα των καταπτώσεων, τα συστήµατα ανάσχεσης εξελίχθηκαν. Δίκτυα δακτυλιοειδούς µορφής

89 Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I. Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης Έργα αποστράγγισης Επιφανειακά µε περιµετρικούς τάφρους αποστράγγισης Αποστραγγιστικοί σωλήνες

90 Μέτρα Προστασίας Πρανών Xρήση γεωυφασµάτων για τον έλεγχο της επιφανειακής διάβρωσης πρανών και τη διευκόλυνση της φυτικής ανάπτυξης για την οποία η γιούτα θεωρείται το καταλληλότερο υλικό.

91 Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I. Ενεργητικά Μέτρα Αντιστήριξης Αγκυρώσεις βράχου Εφαρµογή αγκυρίων για την αντιστήριξη του πρανούς

92 Αντιστήριξη µε τη χρήση αγκυρίων

95 Αντιστήριξη µε τη χρήση αγκυρίων πλέγµατος

96 Βιβλιογραφία Άσκησης Barton, N. and Choubey, V., The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mechanics, 10(1-2), pp Hoek, Ε & Bray J.W. (1981). Rock Slope Engineering. Hoek, E., Practical Rock Engineering. Notes on Internet ( Hudson A.J, and Harrison P.J, Engineering rock mechanics. Δηµόπουλος Γ. (2008). Τεχνική Γεωλογία. Εκδόσεις Αφοί Κυριακίδη. Δηµόπουλος Γ & Μακεδών Θ., (2008). Προβλήµατα Τεχνικής Γεωλογίας. Εκδόσεις Τζιόλα, Θεσσαλονίκη.