Ανάλυση κατολισθητικών φαινομένων πρανούς λιγνιτωρυχείου σε μαργαϊκούς σχηματισμούς με εξαιρετικά χαμηλή αντοχή

Ανάλυση κατολισθητικών φαινομένων πρανούς λιγνιτωρυχείου σε μαργαϊκούς σχηματισμούς με εξαιρετικά χαμηλή αντοχή Analysis of a slide along a lignite mine slope in very poor marl formations ΠΡΟΥΝΤΖΟΠΟΥΛΟΣ, Γ. ΦΟΡΤΣΑΚΗΣ, Π. ΜΑΡΙΝΟΣ, Π. ΚΑΒΒΑΔΑΣ, Μ. Πολιτικός Μηχανικός, MSc, Υπ. Διδάκτωρ, ΕΜΠ Πολιτικός Μηχανικός, MSc, Υπ. Διδάκτωρ, ΕΜΠ Καθηγητής ΕΜΠ Αν. Καθηγητής ΕΜΠ ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Τον Νοέμβριο του 2007 συνέβη σημαντική κατολίσθηση σε πρανές εκμετάλλευσης του Κεντρικού Τομέα του Λιγνιτωρυχείου Λάβας Σερβίων που δομείται κυρίως από πλαστικές αργιλικές μάργες. Με βάση την κινηματική, τα αποτελέσματα εργαστηριακών δοκιμών και ανάστροφων αναλύσεων προέκυψε ότι η ολίσθηση ελέγχεται από τις παραμένουσες τιμές των παραμέτρων αντοχής των γεωυλικών, οι οποίες είναι εξαιρετικά χαμηλές. Για την αποκατάσταση της ευστάθειας του πρανούς προτάθηκε μείωση της μέσης κλίσης του, καθώς εναλλακτικές μέθοδοι είτε δεν εξυπηρετούσαν τη μεταλλευτική εκμετάλλευση, είτε δεν έδιναν ικανοποιητικούς συντελεστές ασφαλείας λόγω των μικρών παραμέτρων αντοχής των μαργαϊκών υλικών. ABSTRACT : In November 2007, an extensive slide occurred in the Servia lignite mine along a production slope consisting mainly of plastic clayey marls. Based on sliding kinematics, the results of lab tests and back-analyses, it is concluded that the slide was controlled by the residual shear strength parameters which are very low. To reinstate stability, as optimal solution it was proposed to reduce the average inclination of the slope, since alternative solutions either interfered with mining operations or did not provide adequate safety factors, mainly due to the very low shear strength parameters of the marls. 1. ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗΣ 1.1. Γενικά στοιχεία για την περιοχή μελέτης Το λιγνιτωρυχείο Λάβας Σερβίων καταλαμβάνει το ανατολικό τμήμα της λεκάνης Λάβας, περί τα 4 χιλιόμετρα νοτίως των Σερβίων στο Ν. Κοζάνης. Τα λιγνιτοφόρα ιζήματα αποτέθηκαν εντός της λεκάνης κατά το Πλειο-Πλειστόκαινο και έχουν πάχος (μαζί με τις ενδιάμεσες ενστρώσεις αγόνων) περί τα 15m (στάθμη +755m έως +770m στο κέντρο της λεκάνης). Στην περιοχή της εκμετάλλευσης αποτελούνται (από πάνω προς τα κάτω) από μια ανώτερη ζώνη ξυλίτη που εμφανίζεται μόνον κατά θέσεις κυρίως κοντά στα κράσπεδα, μια ανώτερη ζώνη λιγνίτη και μια κατώτερη στρώση ξυλίτη, οι οποίες αποτελούν την κύρια εκμετάλλευση. Μεταξύ των λιγνιτικών ζωνών παρεμβάλλονται ενστρώσεις αγόνων που αποτελούνται από σκληρές πλαστικές αργίλους (συνήθως μαργαϊκές) και μαργαϊκές ιλείς χαμηλής πλαστικότητας. Τα λιγνιτοφόρα ιζήματα καλύπτονται από σκληρές μαργαϊκές ιλείς (μάργες) ανοικτότεφρου χρώματος, χαμηλής πλαστικότητας, πάχους από 40m έως 100m. Η περιοχή καλύπτεται επιφανειακά από χαλαρά ιζήματα του Τεταρτογενούς που αποτελούνται από ερυθροκαστανές αργιλοϊλείς (συχνά μαργαϊκές), υλικά πλευρικών κορημάτων και προϊόντα παλαιών κατολισθήσεων (κυρίως στην περίμετρο της λεκάνης). Τα τεταρτογενή υλικά έχουν συνολικό πάχος περί τα 20 25m και κατά θέσεις ακόμη περισσότερο. Το ανώτερο τμήμα της μάργας είναι εξαλλοιωμένο εξαιτίας της κίνησης ύδατος που παρατηρείται στη διεπιφάνεια μάργας - τεταρτογενών σχηματισμών, ενώ το κατώτερο 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 1

εμφανίζεται υγιές με εμφανώς καλύτερα μηχανικά χαρακτηριστικά. Βέβαια ο γεωμετρικός διαχωρισμός των δύο αυτών ποιοτήτων της μάργας δεν είναι εφικτός, καθώς η εξέλιξη της αποσάθρωσης με το βάθος δεν είναι ομοιόμορφη. 1.2. Περιγραφή της κατολίσθησης Στην Εικόνα 1 διακρίνονται το λιγνιτικό κοίτασμα, οι μάργες, εντός του σώματος των οποίων έχουν διαμορφωθεί οι αναβαθμοί του μετώπου εξόρυξης, οι τεταρτογενείς σχηματισμοί που υπέρκεινται των μαργών, καθώς και περιοχή παλαιότερης κατολίσθησης στο Νότιο Τομέα του ορυχείου. Από τη μακροσκοπική παρατήρηση είναι εμφανείς οι μετακινήσεις που έχουν πραγματοποιηθεί στην κορυφή του μετώπου εξόρυξης εντός των τεταρτογενών σχηματισμών και του ανώτερου εξαλλοιωμένου τμήματος του σχηματισμού της μάργας. Οι μετακινήσεις εντός των υπερκείμενων εδαφικών σχηματισμών φαίνονται καλύτερα στην Εικόνα 2. Δεν διακρίνεται μία ενιαία επιφάνεια, αλλά διαδοχικοί κύκλοι ολίσθησης, οι οποίοι συνοδεύονται από εκδήλωση εφελκυστικών ρωγμών στην επιφάνεια. Υπό εξέλιξη κατολίσθηση Κεντρικού Τομέα Τεταρτογενείς σχηματισμοί Λιγνιτοφόρος στοιβάδα Μάργες Εικόνα 1. Γενική άποψη του ορυχείου και της περιοχής της κατολίσθησης Picture 1. General view of the mine and the landslide area Παλαιότερη κατολίσθηση Νοτίου Τομέα Εικόνα 2. Συνολική εικόνα του ανώτερου τμήματος του πρανούς που ολισθαίνει (εντός των τεταρτογενών αποθέσεων) Picture 2. General view of the upper part of the sliding slope (within the quaternary deposits) 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 2

Στις Εικόνες 3, 4, διακρίνονται εφελκυστικές ρωγμές εντός του σχηματισμού των τεταρτογενών. Προφανώς, οι ρωγμές αυτές δημιουργήθηκαν αρχικά και στη συνέχεια διευρυνθήκαν από την επίδραση των περιβαλλοντικών παραγόντων, όπως είναι το νερό. Συγχρόνως προσέφεραν δίοδο στα επιφανειακά ύδατα να εισχωρήσουν σε μεγαλύτερο βάθος εντός των εδαφικών και ημιβραχωδών σχηματισμών που αναπτύσσονται στην περιοχή του Λιγνιτωρυχείου. Στις Εικόνες 5 και 6 φαίνεται, σε μακρινή και κοντινή όψη αντίστοιχα, η επιφάνεια πάνω στην οποία πραγματοποιείται η κύρια ολίσθηση. Η συγκεκριμένη επιφάνεια δεν βρίσκεται στο όριο μεταξύ τεταρτογενών σχηματισμών και μάργας, αλλά εντός του σχηματισμού της μάργας και μάλιστα στο άνω τμήμα της υγιούς μάργας, κάτω από την εξαλλοιωμένη της ζώνη. Επίσης, έχει τη μορφή σύγκλινου τόσο κατά τη διεύθυνση Β-Ν, όσο και Α-Δ και παραοριζόντια ανάπτυξη ακολουθώντας τις κλίσεις της ιζηματογένεσης της περιοχής. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 6, το υλικό εντός της επιφάνειας είναι ιδιαίτερα πτωχής ποιότητας, με μεγάλο ποσοστό υγρασίας, λόγω της διάτμησης που έχει υποστεί, το οποίο λειτουργεί σαν «λιπαντικό» διευκολύνοντας την περαιτέρω εξέλιξη των μετακινήσεων. ~2.50m Εικόνες 3, 4. Εφελκυστικές ρωγμές, ανατολικά του μετώπου εξόρυξης, στο σώμα των τεταρτογενών αποθέσεων Pictures 3, 4. Tension cracks, east of the excavation face, in the body of the quaternary deposits Εξαλλοιωμένη μάργα Επιφάνεια αδυναμίας Εικόνες 5, 6. Χαρακτηριστική εμφάνιση των μαργών στο μέτωπο εξόρυξης που υπόκεινται των τεταρτογενών σχηματισμών και κοντινή όψη της επιφάνειας αδυναμίας πάνω στην οποία πραγματοποιείται η κύρια ολίσθηση, με το υλικό πλήρωσης, πολύ πτωχών μηχανικών χαρακτηριστικών, που διευκολύνει τις μετακινήσεις κατά μήκος της Pictures 5, 6. Outcrop of the marl formation at the mining slope under the quaternary soil formations and close picture of the weak surface with infilling material, where the main sliding takes place 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 3

1.3. Γεωμετρία και μηχανισμός της κατολίσθησης Με βάση όλα τα στοιχεία που παρατέθηκαν στο προηγούμενο εδάφιο, προκύπτει ότι στην υπό μελέτη περιοχή δεν παρατηρείται ένας μόνο μηχανισμός ολίσθησης, αλλά περισσότεροι, οι οποίοι αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Η κατώτερη (κύρια) επιφάνεια ολίσθησης ορίζεται από ένα παραοριζόντιο επίπεδο, το οποίο κείται πάνω στην επιφάνεια αδυναμίας που φαίνεται στις Εικόνες 5, 6 και από ένα καμπύλο τμήμα, το οποίο διέρχεται μέσα από το σώμα των τεταρτογενών και της μάργας. Η κατώτερη επιφάνεια ολίσθησης φαίνεται να είναι αποτέλεσμα μικρότερων «δορυφόρων» επιφανειών ολίσθησης εντός του σώματος των τεταρτογενών, που αναπτύσσονται παρά τη γενικά μικρή κλίση του ανάγλυφου (μέση κλίση ~14 0 ). Οι μετακινήσεις στις δευτερεύουσες επιφάνειες βοηθούν την περαιτέρω ανάπτυξη του κύριου μηχανισμού εισάγοντας εφελκυστικές τάσεις, μειώνοντας τα μηχανικά χαρακτηριστικά των σχηματισμών και δημιουργώντας επιπλέον διόδους στα επιφανειακά ύδατα. Ενδεικτικό του γεγονότος αυτού είναι ότι οι μετακινήσεις των τεταρτογενών αποθέσεων είναι της τάξης των 10m, ενώ οι μετακινήσεις κατά μήκος της επιφάνειας ολίσθησης εντός της μάργας είναι μία τάξη μεγέθους μικρότερες. Συμπερασματικά, το αποτέλεσμα της ανάπτυξης των επιμέρους επιφανειών ολίσθησης και της σταδιακής εξέλιξης των μετακινήσεων στην κύρια κατολίσθηση συνοψίζεται στα εξής: (α) Αστοχία του υλικού περί την επιφάνεια ολίσθησης με αποτέλεσμα η αντοχή στη συγκεκριμένη περιοχή να μην χαρακτηρίζεται από τις μέγιστες αλλά από χαμηλότερες τιμές αντοχής. Μάλιστα οι συνεχιζόμενες μετακινήσεις, είναι πιθανό να οδηγούν σε σταδιακή μετάπτωση στις παραμένουσες τιμές αντοχών. Αντίστοιχη συμπεριφορά σε μαργαϊκούς και αργιλικούς σχηματισμούς επισημαίνεται και σε εργασίες των Cavounidis & Sotiropoulos (1980), Καβουνίδης (1988), Ντουνιάς (1988). (β) Η εξέλιξη των μετατοπίσεων στις επιφάνειες ολίσθησης εντός των τεταρτογενών, έχει ως αποτέλεσμα την περαιτέρω επιβολή εφελκυστικών τάσεων στο γεωυλικό και τη δημιουργία εφελκυστικών ρωγμών, οι οποίες προσφέρουν δίοδο για την εισχώρηση των επιφανειακών υδάτων. Ο ρόλος των επιφανειακών υδάτων είναι διπλός, καθώς οδηγούν σε μία επιπλέον υποβάθμιση των ιδιοτήτων των γεωυλικών, αλλά συγχρόνως εντείνουν τα φαινόμενα αστάθειας μέσω των υδατικών πιέσεων που δημιουργούνται, οι οποίες μειώνουν ακόμη περισσότερο τη διατμητική αντοχή των γεωυλικών. 1.4 Δεδομένα από εργαστηριακές δοκιμές Στο πλαίσιο της ανάλυσης της κατολίσθησης αξιοποιήθηκαν αποτελέσματα εργαστηριακών δοκιμών τριαξονικής συμπίεσης και άμεσης διάτμησης στους μαργαϊκούς σχηματισμούς από προηγούμενες μελέτες, οι μέσες τιμές των οποίων παρουσιάζονται συνοπτικά στον Πίνακα 1. Πίνακας 1. Αποτελέσματα εργαστηριακών δοκιμών για τους μαργαϊκούς σχηματισμούς Table 1. Laboratory test results for marl formations Γεωυλικό PI (%) c (kpa) φ ( 0 ) Εξαλλοιωμένη μάργα 13-25 75 23 Υγιής μάργα 2-24 200 40* *Η τιμή θεωρείται υπερβολικά υψηλή. Εντούτοις, η υγιής μάργα δεν φαίνεται να συμμετέχει στο φαινόμενο και οι παράμετροί της δεν θεωρούνται κρίσιμες. 2. ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΟΡΙΑΚΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ 2.1. Γενικά στοιχεία αναλύσεων Οι αναλύσεις οριακής ισορροπίας πραγματοποιήθηκαν με το πρόγραμμα Slide v.5.0 της εταιρείας Rocscience και τις μεθόδους Bishop Simplified, GLE/Morgestern- Price και Lowe-Karafiath. Για την πραγματοποίηση των ελέγχων ευστάθειας χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος σχεδιασμού Design Approach 3 (DA-3) του Ευρωκώδικα 7, η οποία μέσω του Εθνικού Προσαρτήματος έχει υιοθετηθεί για τους ελέγχους ολικής ευστάθειας πρανών στην Ελλάδα (γ m =1.25, γ M =1.00). Εξαιτίας της γραμμικότητας των σχέσεων που δημιουργούνται, στις αναλύσεις που ακολουθούν, δεν εφαρμόστηκαν επιμέρους συντελεστές στις παραμέτρους αντοχής και απαιτείται ελάχιστη τιμή του συνολικού συντελεστή ασφαλείας γ Μ =1.25. Η σεισμική φόρτιση δεν ελήφθη υπόψη στις αναλύσεις εξαιτίας του προσωρινού χαρακτήρα του έργου. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 4

2.2. Ανάστροφες αναλύσεις Σκοπός των αναλύσεων ήταν ο προσδιορισμός ευλόγων παραμέτρων αντοχής των γεωυλικών στην περιοχή της κατολίσθησης, για τις οποίες ο συντελεστής ασφαλείας έναντι ολίσθησης σε επιφάνειες, οι οποίες προσεγγίζουν τις παρατηρηθείσες, είναι περίπου ίσος με τη μονάδα. Στη διαδικασία αυτή ελήφθησαν υπόψη ο μηχανισμός αστοχίας που περιγράφηκε στο προηγούμενο εδάφιο (σημεία εμφάνισης επιφάνειας αδυναμίας και εφελκυστικών ρωγμών), τα γεωμετρικά δεδομένα των πρανών εκμετάλλευσης και τα αποτελέσματα των διαθέσιμων εργαστηριακών δοκιμών. Εξαιτίας των αβεβαιοτήτων για τη στάθμη του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα εντός των τεταρτογενών σχηματισμών και του σχηματισμού της μάργας, καθώς δεν υπήρχαν διαθέσιμες μετρήσεις πιεζομέτρων, πραγματοποιήθηκαν τρεις ομάδες αναλύσεων. Στην πρώτη ομάδα δεν έγινε θεώρηση υδατικών πιέσεων, ενώ στη δεύτερη ελήφθησαν υπόψη υδατικές πιέσεις με τη μορφή υδροφόρου ορίζοντα, ο οποίος βρίσκεται πολύ κοντά στη επιφάνεια του εδάφους. Στην τρίτη ομάδα αναλύσεων η επίδραση του νερού εξετάσθηκε παραμετρικά μέσω του συντελεστή R U, λαμβάνοντας τιμές R U =0.1-0.4. Οι υδατικές πιέσεις θεωρήθηκε ότι αναπτύσσονται εντός των τεταρτογενών και του τμήματος της μάργας που βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια ολίσθησης. Η συγκεκριμένη αντιμετώπιση υιοθετήθηκε με σκοπό τον καθορισμό της «περιβάλλουσας» των καταστάσεων που είναι δυνατό να παρατηρηθούν. Με δεδομένο, ότι οι (εύλογες) παράμετροι που προέκυψαν από κάθε ομάδα ανάστροφων αναλύσεων, χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια για τον έλεγχο ευστάθειας με τις αντίστοιχες συνθήκες υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα, είναι λογικό ότι και σε όλες τις περιπτώσεις η προτεινόμενη διαμόρφωση οδηγεί σε αντίστοιχη αύξηση του συντελεστή ασφαλείας. Με βάση τα ανωτέρω, τα υλικά που θεωρήθηκαν για την πραγματοποίηση των αναλύσεων είναι τα εξής (Σχήμα 1): (α) Τεταρτογενείς σχηματισμοί (G1). Εξαιτίας της φύσης τους, των μετακινήσεων που έχουν υποστεί και της επίδρασης των υδάτων παρουσιάζουν πρακτικά μηδενική συνοχή και πολύ μικρή γωνία τριβής. (β) Τμήμα μάργας που συμμετέχει στην ολίσθηση (G2). Περιλαμβάνει τόσο υγιή όσο και αποσαθρωμένη μάργα μεγάλης πλαστικότητας. Η εξέλιξη των μετακινήσεων προκαλεί μετάπτωση σε πρακτικά μηδενική συνοχή, και μικρή γωνία τριβής. Οι παράμετροι αντοχής του συγκεκριμένου γεωυλικού προσδιορίστηκαν με βάση τις ανάστροφες αναλύσεις και αντιστοιχούν στις παραμένουσες τιμές. (γ) Υλικό παρα-οριζόντιας επιφάνειας αδυναμίας πάνω στην οποία πραγματοποιείται η ολίσθηση (G3). Εξαιτίας της διάτμησης που υφίσταται από την κίνηση των τεταρτογενών σχηματισμών, αναπτύσσει μικρομετακινήσεις και επιδεικνύει διαστολική συμπεριφορά, προσροφώντας νερό. Έχει πρακτικά μηδενική συνοχή και πολύ μικρή γωνία τριβής. Οι παράμετροι αντοχής του προσδιορίστηκαν μέσω ανάστροφων αναλύσεων. (δ) Τμήμα υγιούς μάργας κάτω από την επιφάνεια ολίσθησης (G4). Περιλαμβάνει μόνο υγιή μάργα, οι παράμετροι της οποίας δεν προσδιορίστηκαν από τις ανάστροφες αναλύσεις, καθώς δεν συμμετέχει στην ολίσθηση, αλλά θεωρούνται δεδομένες με βάση αποτελέσματα εργαστηριακών δοκιμών, προηγούμενες μελέτες και εκθέσεις για την περιοχή και τη γενικότερη εμπειρία σε παρόμοια γεωυλικά. Επιφάνεια αδυναμίας G3 Σχήμα 1. Γεωτεχνικό προσομοίωμα Figure 1. Geotechnical model Η εκτίμηση των παραμέτρων αντοχής των γεωυλικών πραγματοποιήθηκε έτσι ώστε να παρουσιάζονται τόσο οι «ρηχές» επιφάνειες ολίσθησης, οι οποίες αναπτύσσονται μέσα στο σώμα των τεταρτογενών, όσο και η βαθύτερη κύρια επιφάνεια ολίσθησης, τα άκρα της οποίας ορίζονται από τις εφελκυστικές ρωγμές (Εικόνες 2, 3, 4) και την παραοριζόντια διεπιφάνεια πάνω στην οποία πραγματοποιείται η ολίσθηση (Εικόνες 5, 6). Στην περίπτωση της κύριας επιφάνειας αγνοήθηκε η διατμητική αντοχή του σχηματισμού G1, εξαιτίας των εφελκυστικών ρωγμών που έχουν αναπτυχθεί. Για τις «ρηχές» επιφάνειες ολίσθησης έγιναν σταδιακές αναλύσεις, με διαδοχική G1 G2 G4 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 5

απομάκρυνση των κατώτερων τεμαχών που ολισθαίνουν, έτσι ώστε να φανεί και ποσοτικά ο μηχανισμός «ντόμινο» με βάση τoν οποίο λαμβάνουν χώρα τα υπό μελέτη κατολισθητικά φαινόμενα. Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται χαρακτηριστικά αποτελέσματα ανάστροφης ανάλυσης για «ρηχές» επιφάνειες με τιμή του συντελεστή R U =0.2. Είναι εμφανής ο μηχανισμός της σταδιακής ενεργοποίησης των «δορυφόρων» επιφανειών, καθώς η ολίσθηση των κατώτερων τεμαχών έχει ως αποτέλεσμα την απομάκρυνση αντιστηρικτικής πίεσης από τον πόδα της ανάντι εδαφικής μάζας προκαλώντας τη διαδοχική της ολίσθηση. παράμετροι δεν εμφανίζουν σημαντική ευαισθησία ως προς τη γεωμετρία της κύριας επιφάνειας, εφόσον θεωρηθούν πρακτικά σταθερά τα δύο σημεία εμφάνισης στην επιφάνεια. 1.01 G2: c=0kpa, φ=17 0 G3: c=0kpa, φ=12 0 Σχήμα 3. Χαρακτηριστική βαθειά επιφάνεια ολίσθησης με θεώρηση R U =0.2 Figure 3. Characteristic deep slip surface for analysis with R U =0.2 Στην ομάδα αναλύσεων με τη θεώρηση υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα δεν διαφοροποιείται ο μηχανισμός αστοχίας, αλλά, εξαιτίας της μείωσης των ενεργών τάσεων, προκύπτουν μεγαλύτερες τιμές για τις παραμέτρους αντοχής των γεωυλικών, έτσι ώστε ο συνολικός συντελεστής ασφαλείας να προσεγγίζει τη μονάδα. Σχήμα 2. Ρηχές επιφάνειες ολίσθησης με Σ.Α. από 0.95 έως 1.05 για R U =0.2 (G1: c=0kpa, φ=15 0 ) Figure 2. Shallow slip surfaces with FS from 0.95 to 1.05 for analysis with R U =0.2 (G1: c=0kpa, φ=15 0 ) Για την εκτίμηση της γεωμετρίας της κύριας επιφάνειας ολίσθησης πραγματοποιήθηκαν παραμετρικές αναλύσεις, θεωρώντας ως δεδομένα το σημείο εμφάνισης της επιφάνειας αδυναμίας στο πρανές όρυξης και το άνω όριο των εφελκυστικών ρωγμών. Από τις αναλύσεις αυτές προέκυψε ότι οι υπό εκτίμηση Σχήμα 4. Ρηχές επιφάνειες ολίσθησης με θεώρηση Υ.Ο. και Σ.Α από 0.95 έως 1.05 (G1: c =0kPa, φ =16 0 ) Figure 4. Shallow slip surfaces with FS from 0.95 to 1.05 for analysis with water near the surface (G1: c =0kPa, φ =16 0 ) 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 6

G2: c=0kpa, φ=19 0 G3: c=0kpa, φ=16 0 Σχήμα 5. Χαρακτηριστική βαθειά επιφάνεια ολίσθησης με θεώρηση Υ.Ο. Figure 5. Characteristic deep slip surface for analysis with water near the surface Συγκεντρωτικά οι παράμετροι αντοχής των γεωυλικών που προσδιορίστηκαν από την ανάστροφη ανάλυση και χρησιμοποιήθηκαν για τους ελέγχους ευστάθειας παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Οι τιμές που προκύπτουν για το γεωυλικό G3 δίχως Υ.Ο. και για R U =0.1, κρίνονται πολύ χαμηλές και αποδεικνύουν ότι τα σενάρια αυτά δεν είναι αντιπροσωπευτικά για την υπό μελέτη περιοχή. Πίνακας 2. Παραμένουσα γωνιά τριβής γεωυλικών με βάση τις ανάστροφές αναλύσεις Table 2. Residual friction angle of geomaterials based on back analyses Δίχως Με R Υ.Ο. U =0.1 R U =0.2-0.4 Υ.Ο. G1 14 0-15 0 14 0-15 0 15 0-16 0 16 0 G2 14 0-16 0 15 0-17 0 17 0-18 0 18 0-20 0 G3 9 0-11 0 10 0-11 0 12 0-17 0 15 0-17 0 2.3 Έλεγχοι ευστάθειας 0.98 Αφού έγινε η εκτίμηση των παραμέτρων αντοχής των γεωυλικών που υπεισέρχονται στην αστάθεια του πρανούς του Κεντρικού Τομέα της εκμετάλλευσης, έγιναν πρόσθετες αναλύσεις με σκοπό την πρόταση επεμβάσεων για την εξασφάλιση της ευστάθειάς του. Η προτεινόμενη λύση ελέγχθηκε με όλες τις ρεαλιστικές θεωρήσεις από πλευράς υδατικών πιέσεων. Σημειώνεται ότι η χρήση των παραμέτρων αντοχής του γεωυλικού G2 (μάργα που συμμετέχει στην ολίσθηση) που προήλθαν από την ανάστροφη ανάλυση (Πίνακας 2) για πραγματοποίηση των ελέγχων ευστάθειας αποτελεί σαφώς μία συντηρητική προσέγγιση, καθώς πρόκειται για τις παραμένουσες παραμέτρους αντοχής, οι οποίες δεν είναι αντιπροσωπευτικές για ολόκληρο το σχηματισμό. Χρησιμοποιώντας τις παραμέτρους αυτές για τον έλεγχο της ευστάθειας μετά την εφαρμογή της προτεινόμενης λύσης, ουσιαστικά ελέγχεται η ολίσθηση κατά μήκος της ήδη ανεπτυγμένης σύνθετης επιφάνειας αδυναμίας που προέκυψε κατά την ανάστροφη ανάλυση. Ωστόσο, έλεγχος έγινε και με τη θεώρηση κυκλικών (χωρίς γεωμετρικό τους περιορισμό) επιφανειών αστοχίας, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί το ενδεχόμενο κάποια από αυτές να προκύπτει επισφαλέστερη της σύνθετης επιφάνειας αδυναμίας. Η προτεινόμενη λύση αφορά στην αφαίρεση των τεταρτογενών σχηματισμών από την επιφάνεια του φυσικού πρανούς ανάντι του πρανούς εκμετάλλευσης και σε τελική διαμόρφωσή του με γωνία 10 ή μικρότερη. Εξαιτίας του προσωρινού χαρακτήρα του έργου, της μεγάλης μάζας της κατολίσθησης και των ιδιαίτερα χαμηλών παραμέτρων αντοχής των γεωυλικών δεν κρίθηκαν εφαρμόσιμες λύσεις βασιζόμενες σε αντιστήριξη ή αποστράγγιση. Επίσης, η αφαίρεση υλικού από την κεφαλή της κατολίσθησης δεν θα ωφελούσε επαρκώς εξαιτίας των πολύ χαμηλών παραμέτρων αντοχής των τεταρτογενών, μέσα στη μάζα των οποίων θα συνεχιζόταν η ανάπτυξη εφελκυστικών ρωγμών και μετακινήσεων. Η μεγάλη πλαστικότητα των τεταρτογενών και η έντονη υποβάθμιση της ποιότητάς τους με την παρουσία νερού φαίνεται να συνεισφέρουν στο φαινόμενο της αστάθειας, αφού με την κίνησή τους επιτρέπουν την εισροή νερού και στη μάζα της αποσαθρωμένης μάργας. Η αφαίρεση των υλικών αυτών καθώς και τμήματος της μάργας με διαμόρφωση του πρανούς εκμετάλλευσης πάνω από την επιφάνεια αδυναμίας με μέση κλίση 10, είναι σαφώς προς την πλευρά της ασφαλείας. Όσον αφορά στη διαμόρφωση του πρανούς της υγιούς μάργας κάτω από την παραοριζόντια επιφάνεια στην οποία γίνεται η ολίσθηση, δε κρίθηκε ότι υπάρχει λόγος μείωσης της κλίσης, εφόσον δεν παρατηρηθούν μετακινήσεις σε χαμηλότερα υψόμετρα. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 7

Σχήμα 6. Έλεγχος ευστάθειας του πρανούς εκμετάλλευσης με διαμόρφωσή του με γωνία 16 (Προτεινόμενη λύση) Figure 6. Stability check for the exploitation slope, with the proposed angle of 10 (Proposed solution) Οι συντελεστές ασφαλείας για τις αναλύσεις στις προϋπάρχουσες επιφάνειες ολίσθησης προέκυψαν στο εύρος SF=1.19 1.23, ανάλογα με τη θεώρηση υδατικών συνθηκών, οι οποίοι κρίθηκαν ικανοποιητικοί με βάση τη συντηρητική προσέγγιση που έγινε η ανάλυση, αλλά και τον προσωρινό χαρακτήρα των πρανών που διαμορφώνονται κατά τη διαδικασία της εξόρυξης. Παρόλα αυτά, σε περίπτωση συνέχισης της εξέλιξης των μετακινήσεων και μετά τη διαμόρφωση της ήπιας κλίσης, προτάθηκε η επιπλέον απομάκρυνση μάργας από την κορυφή του λόφου και η διαμόρφωσή της σε μια παραοριζόντια επιφάνεια, σε εύρος βέβαια που αυτό δεν περιορίζεται από τα όρια ιδιοκτησίας του ορυχείου. Οι αναλύσεις για τις κυκλικές (χωρίς γεωμετρικό τους περιορισμό) επιφάνειες ολίσθησης οδήγησαν γενικά σε μεγαλύτερους συντελεστές ασφαλείας. 3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1.19 Γεωυλικό προς αφαίρεση Η κατολίσθηση που περιγράφηκε στην παρούσα εργασία αποτελεί μία ιδιαίτερη περίπτωση εξαιτίας του προσωρινού χαρακτήρα των υπό διαμόρφωση πρανών, της μεγάλης μάζας που ολισθαίνει, των πολύ χαμηλών παραμέτρων αντοχής των γεωυλικών και του σύνθετου μηχανισμού αστοχίας που αναπτύσσεται. Για την εκτίμηση των παραμέτρων αντοχής των γεωυλικών της περιοχής πραγματοποιήθηκαν ανάστροφες αναλύσεις. Για την επιλογή του αντιπροσωπευτικού εύρους των παραμέτρων συναξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα εργαστηριακών δοκιμών, προηγούμενες μελέτες, παρατηρήσεις από επί τόπου αυτοψία και γεωμετρικά δεδομένα. Επίσης, βασική απαίτηση ήταν οι επιφάνειες και ο μηχανισμός αστοχίας που προκύπτουν από τις αναλύσεις να βρίσκονται σε αντιστοιχία με τις επί τόπου παρατηρήσεις (σημείο εμφάνισης επιφάνειας αδυναμίας, εφελκυστικές ρωγμές, μηχανισμός «ντόμινο» «ρηχών» επιφανειών). Οι τιμές που προέκυψαν ήταν ιδιαίτερα χαμηλές καθώς, το υπό εξέλιξη κατολισθητικό φαινόμενο ελέγχονταν από τις παραμένουσες αντοχές των τεταρτογενών, της επιφάνειας αδυναμίας και του τμήματος της μάργας που συμμετείχε στην ολίσθηση. Τέλος, με βάση τις τιμές αυτές η λύση που κρίθηκε ως η πλέον κατάλληλη λαμβάνοντας υπόψη τις προαναφερθείσες ιδιαιτερότητες του έργου, ήταν η μείωση της γενικής κλίσης του διαμορφούμενου πρανούς. 4. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Cavounidis, S. and Sotiropoulos, E. (1980), Hypothesis for Progressive Failure in a Marl. Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.106, GT6. Eurocode 7, 2004: EN1997-1, Geotechnical Design Part 1: General Rules. Bruxelles: CEN. Καβουνίδης, Σ. (1988), Περί της Προοδευτικής Αστοχίας Αργιλικών Πρανών. 1ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής Μηχανικής, Τόμος 1, σελ.213-218. Ντουνιάς, Γ. Θ. (1988), Προοδευτική Αστοχία Μια Παραμετρική Μελέτη. 1ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής Μηχανικής, Τόμος 1, σελ.231-234. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ευχαριστίες εκφράζονται προς την Εταιρία ΛΑΒΑ Α.Ε., για την οποία έγινε η εξέταση της ευστάθειας των πρανών του ορυχείου, για τις διευκολύνσεις και την παροχή στοιχείων. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 8