Mechanika skał i gruntów mocnych dr inż. Marcin Cudny Katedra Geotechniki, Wydział Budownictwa Wodnego i Inżynierii Środowiska, Politechnika Gdańska e-mail: [email protected], web: www.pg.gda.pl/~mcud/ tel.: 347 1348, pokój 309, WBWiŚ, konsultacje: Poniedziałek 12.00-14.00 Literatura • Borecki M., Chudek M. (1972), Mechanika górotworu, Wydawnictwo Śląsk, Katowice. • Hückel S. (1968): Aktualne problemy mechaniki skał, w Wybrane zagadnienia budwonictwa wodnego, mechaniki gruntów i skał, część 2, Ossolineum, Wrocław. • Izbicki R.J., Mróz Z. (1976): Metody nośności granicznej w mechanice gruntów i skał, PWN, Warszawa. • Kisiel I., (1973): Reologia skał. Podstawy naukowe, Ossolineum, Wrocław. • Thiel K. (1972): Mechanika skał, w Stan i kierunki rozwoju nauk geotechnicznych, NOT, Warszawa. • Thiel K. (1976): Badanie i prognozowanie stateczności zboczy skalnych, Prace IBW PAN, 2, Gdańsk. • Thiel K. (1980): Mechanika skał w inżynierii wodnej, PWN, Warszawa. • Thiel K. (1989): Rock mechanics in hydroengineering, PWN, Warszawa.
67
Embed
Mechanika skał i gruntów mocnych - Strona Główna ...mcud/teaching/content/Skaly/Mechanika_Skal...Stateczność zboczy skalnych. 8. Wyrobiska podziemne (tunelowanie). 9. Zagadnienia
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
Mechanika skał i gruntów mocnych
dr inż. Marcin CudnyKatedra Geotechniki,Wydział Budownictwa Wodnego i Inżynierii Środowiska,Politechnika Gdańska
• Borecki M., Chudek M. (1972), Mechanika górotworu, Wydawnictwo Śląsk, Katowice.
• Hückel S. (1968): Aktualne problemy mechaniki skał, w Wybrane zagadnienia budwonictwa wodnego, mechaniki gruntów i skał, część 2, Ossolineum, Wrocław.
• Izbicki R.J., Mróz Z. (1976): Metody nośności granicznej w mechanice gruntów i skał, PWN, Warszawa.
• Kisiel I., (1973): Reologia skał. Podstawy naukowe, Ossolineum, Wrocław.
• Thiel K. (1972): Mechanika skał, w Stan i kierunki rozwoju nauk geotechnicznych, NOT, Warszawa.
• Thiel K. (1976): Badanie i prognozowanie stateczności zboczy skalnych, Prace IBW PAN, 2, Gdańsk.
• Thiel K. (1980): Mechanika skał w inżynierii wodnej, PWN, Warszawa.
• Thiel K. (1989): Rock mechanics in hydroengineering, PWN, Warszawa.
2
Zasoby on-line:
Mechanika skał Rock mechanics Felsmechanik
Strona firmy Rockscience: www.rockscience.com
Strona czasopisma Rock Mechanics and Rock Engineering:http://link.springer.de/link/service/journals/00603/index.htm
Strona firmy Zostrich:www.zostrich.com/Rock_mechanics/rock_mechanics.html
Strona Jonny Sjöberga (Luleå University of Technology):http://user.tninet.se/~gha838e/welcome.htm
Słowa kluczowe:
Zakres materiału
1. Wprowadzenie, podsumowanie wiadomości z mechaniki ogólnej oraz mechaniki gruntów.
2. Podstawowe wiadomości o skałach, klasyfikacja masywów skalnych.3. Właściwości mechaniczne skał, sztywność, wytrzymałość, anizotropia.4. Połączenia skalne, opis materiałowy, badanie laboratoryjne, modelowanie.5. Zagadnienia przepływu wody w masywie skalnym.6. Badania polowe i laboratoryjne.7. Stateczność zboczy skalnych.8. Wyrobiska podziemne (tunelowanie).9. Zagadnienia stateczności górskich zapór łukowych.10. Modelowanie numeryczne zagadnień mechaniki skał.11. Skały miękkie i grunty mocne, charakterystyka mechaniczna, modelowanie
3
Wprowadzenie
Skała:Blok o niedużej objętości, będący zbiorem minerałów o mniej więcej jednakowym sładzie i podobnej budowie geologicznej. Skałę charakteryzują drobne na ogół niewidoczne spękania, duża spójność, mała porowatość, mała ściśliwość oraz stosunkowo nieduża anizotropia.
Masyw skalny:Bloki o dużej objętości (103-105 m3) składające się na ogółz różnych skał. Masyw skalny charakteryzują liczne, duże spękania zmniejszające jego ogólną wytrzymałość i wpływające na dużą anizotropię jego właściwości.
Kryterium oceny skał na podstawie wytrzymałości na ściskanie (Eurocode EC 1997-1):
mocna50 – 100
średnio mocna12.5 – 50
średnio słaba5 – 12.5
słaba1.25 – 5
bardzo słaba< 1.25
OcenaWytrzymałość na ściskaniejednoosiowe UCS [MPa]
*) UCS – unconfined compression strength
4
Podstawowe grupy skał oraz ich przemiany
Symulacja deformacji warstw skalnych podczas wypiętrzania
*) Źródło: CSIRO Division of Exploration and Mining, Australia
5
Masyw skalny, przykłady
Mechanika gruntów :
• wykorzystanie zasad i metod mechaniki ośrodków ciagłych
• opis materiałowy jest skupiony na teorii praw konstytutywnych dla gruntów (modele sprężyste, sprężysto-plastyczne, lepko-plastyczne, hipoplastyczne)
• podstawowym podziałem gruntów, stosowanym w praktyce jest podział na grunty spoiste i niespoiste
• uwarstwienie gruntów można modelować dyskretnie
• jednakowe znaczenie metod polowych i laboratoryjnych w rozpoznaniu cech gruntów
• homogenizacja ośrodka gruntowego jest stosowana coraz rzadziej w praktyce
• zagadnienia filtracji wody gruntowej można rozpatrywać równocześnie ze statyką lub dynamiką ośrodka gruntowego (np. konsolidacja)
• większośc zagadnień inżynierskich można analizować w płaskim stanie odkształcenia
6
Mechanika skał:
• wykorzystanie zasad i metod mechaniki bryły sztywnej, teorii bloków oraz kontinuum
• opis materiałowy dotyczy głównie zachowania się spękań skalnych (modele sprężyste, sprężysto-plastyczne)
• zróżnicowana klasyfikacja masywów skalnych
• układ spękań i większych nieciągłości masywu skalnego jest rzadko modelowany dyskretnie
• przewaga metod polowych w rozpoznaniu cech masywu skalnego
• homogenizacja oraz metody statystyczne są czesto stosowane w praktyce
• zagadnienia przepływu wody w siatce spękań masywu skalnego są bardzo trudne w analizie (np. zaciśnienia odpływu wody)
• większośc zagadnień inżynierskich ma charakter przestrzenny, rozpatrywane są jednak w zastepczych układach płaskich
Niepewność w rozpoznaniu cech masywu skalnego jest anegdotyczna
*) dotyczy rownież mechaniki gruntów
7
Modelowanie gruntów, podejście standardowe :kryterium Mohra-Coulomba i sprężystość Hookea
Zaawansowane modelowanie gruntów,Różne obszary zachowania się na płaszczyźnie trójosiowej
8
Jakościowa klasyfikacja masywów skalnych pod względemcech mechanicznych
*) Goodman, Geotechnique, 35th Rankine lecture, 1995;nazewnictwo często odbiega od przyjętego w geologii strukturalnej
Masyw niespękany – spotykany poniżej wpływu wietrzenia oraz erozji, np. masywy piaskowców lub skały granitowe. Raczej idealny materiał dla analityków –tzw. CHILE material (Continuous Homogeneous Isotropic Linear Elastic).
Masyw niekompletnie spękany –posiada mniej niż trzy systemy trwałych spękań. W wyrobiskach nie obserwuje się pojedynczych bloków. Bloki mogą jednak powstać przy przekroczeniu wytrzymałosci skał. Analiza przy pomocy metod mechaniki pęknięć (fracture mechanics) lub teorii bloków.
9
Masyw prawie blokowy – posiada mniej niż trzy systemy trwałych spękań (otwartych lub wypełnionych) oraz systemy spękań, które są aktualnie zamknięte (nieaktywne). Wprowadzenie dodatkowych obciążeń zewnętrznych może spowodować uaktywnienie masywu blokowego. Analiza polega na symulacji ponownego otworzenia zamkniętych spękań przy pomocy metod numerycznych lub matematycznych.
Masyw blokowy – posiada trzy lub więcej systemów trwałych spękań (otwartych lub wypełnionych) o braku wytrzymałosci na rozciąganie. Zsuwy pojedynczych bloków są możliwe przy dowolnie nachylonych powierzchniach wyrobisk skalnych. Nachylenie systemów spękań może być bardzo regularne jak również podlegać znacznym rozrzutom kierunkowym. Analiza głównie przy wykorzystaniu teorii bloków.
10
Masyw porowaty – znaczna porowatość determinuje charakterystyczne zachowanie mechaniczne podobne do zachowania się gruntów luźnych. Dotyczy to również przepływu wody porowej. Mozliwa jest analiza z wykorzystaniem zmodyfikowanych metod mechaniki ośrodków ciągłych.
Masyw drobno spękany –charakteryzuje się dużą liczbą krótkich spękań o małym rozstawie. Materiał kruchliwy o dużej ainizotropii i nieliniowości charakterystyk mechanicznych. Bardzo trudne próbkowanie i badanie cech mechanicznych. Można stosować modele konstytutywne dla anizotropowych glin prekonsolidowanych oraz metody mechaniki ośrodków ciągłych.
11
Skały pęczniejące – zawierają domieszki ilaste lub gliniaste o właściwościach pęczniejących. Zmienne warunki zawilgocenia powodują przemiennie pęcznienie oraz skórcz tego ośrodka. Powoduje to generację nowych spękań oraz ogólne osłabienie wytrzymałości szczególnie w strefie bezpośredniego wpływu czynników atmosferycznych. Analiza z wykorzystaniem metod mechaniki gruntów.
Masyw mieszany regularny –posiada regularne uwarstwienie kilku różnych materialów składowych występujących ze stałym okresem (np. przemienne przewarstwienia iłołupków z piaskowcem). Analiza przy zastosowaniu tzw. materiałów kompozytowych.
12
Masyw mieszany nieregularny –może być mieszaniną izotropową o losowej dystybucji składników (np. saprolit z pojedynczymi głazami) lub mieszaniną losową z foliacją (np. melanż i serpentynit). Analiza przy zastosowaniu materiałów kompozytowych lub zastępczych o podobnej ogólnej charakterystyce mechanicznej.
Masyw krasowy – zbudowany głównie z rozpuszczalnych skał wapiennych, dolomitów, gipsu, soli kamiennej lub okruchowych skał osadowych, które uległy naturalnej cementacji.
13
Trudności w klasyfikacji rodzaju masywu skalnego
Na obszarze przeznaczonym do analizy wytrzymałosciowej może zalegać więcej niż jeden rodzaj masywu skalnego.
Spękania nie zawsze są płaskie (a); mogą być również pofałdowane (b),(np. w skałach magmowych).
(a) (b)
14
Ciągłość skały w złożu może być naruszona poprzez próbkowanie – dyskowanierdzenia granitowego po odprężeniu
*) Źródło : Hoek, Practical rock engineering
Dyspersja orientacji systemów spękań
N
15
Efekt skali
Błędy w przyjętych schematach obliczeniowych mogą być bardzo tragicznew skutkach, zapora łukowa Vajont, Włochy, wysokość 276 m, przed 9.10.1963 ...
16
Zapora Vajont, widok ogólny
Miasto Longarone położone w dole zapory Vajont, przed 9.10.1963 ...
17
Miasto Longarone po 9.10.1963 ..., ponad 2000 ofiar
Ilościowa klasyfikacja skał i masywów skalnych pod względemcech mechanicznych
Wskaźnik struktury masywu skalnego RSR (Rock Structure Rating),Wickham (1972), głównie w budownictwie tuneli:
, max( ) 100 RSR A B C RSR= + + =Parametr A – Geologia : ogólna jakość masywu skalnego pod względem
pochodzenia geologicznego. Wpływ mają:a) typ skał (magmowe, metamorficzne, osadowe),b) twardość skał (twarde, pośrednie, miękkie, kruche),c) struktura geologiczna (masywna, lekko-, słabo- lub intensywnie-
pofałdowana/uskokowa).
Parametr B – Geometria : ogólna jakość masywu skalnego pod względem układu geometrycznego spękań. Wpływ mają:
a) rozstaw spękań,b) orientacja spękań,c) kierunek tunelowania (z upadem lub odwrotnie, rysunek).
Parametr C – Warunki hydrauliczne, wpływ mają:a) Ogólna jakość masywu na podstawie parametrów A i B,b) stan spękań / hydraulika (dobre, średnie, słabe),c) Objętość wody wpływającej do wyrobiska podziemnego (w galonach
na minutę, na 1000 stóp tunelu – ! Imperial !)
Przykład zastosowania wskaźnika RSR do projektowania wzmocnień tunelu o średnicy 7.3 m
20
Klasyfikacja geomechaniczna, ogólny wskaźnik jakości masywu skalnego RMR(Rock Mass Rating), Bieniawski (1989).
Wskaźnik RMR jest sumą następujących składowych:
1) wytrzymałść na ściskanie jednoosiowe (UCS),2) wskaźnik spękań (RQD),3) odstęp spękań,4) stan spękań (wypełnienie, szorstkość, cementacja),5) warunki hydrauliczne,6) orientacja spękań.
Klasy jakości masywu skalnego:
I. bardzo dobra (RMR=81-100),II. dobra (RMR=61-80),III. średnia (RMR=41-60),IV. słaba (RMR=21-40),V. Bardzo słaba (RMR<20),
Indeks jakości masywu skalnego dla tunelowania Q(Rock tunnelling quality index), Barton, NGI (1974)
wr
n a
JJRQDQJ J SRF
= ⋅ ⋅
Jn – współczynnik zależny od liczby systemów spękań,
Jr – współczynnik zależny od szorstkości spękań,
Ja – współczynnik zależny od wytrzymałości spękań na ścinanie (≈ϕr) ,
Jw – współczynnik zależny od własności hydraulicznych spękań (wydatek, ciśnienie hydrauliczne),
SRF – (Stress Reduction Factor) uwzględnia obecność warstw słabych przecinających wyrobisko (np. gruntów spoistych)
wielkośćbloku
wytrzymałośćspękań na ścinanie
aktywnenaprężenia
21
Przykład polowegooszacowania indeksu Qdla spękanego piaskowca,Barton (1974)
wr
n a
JJRQDQJ J SRF
= ⋅ ⋅
Właściwości mechaniczne skałSkładniki typowego modelu sprężysto-plastycznegodla skał lub masywu skalnego :
1σ−
32σ−
( ) 0ijF σ =
Powierzchniaplastyczności
oś hydrostayczna
σ 1=σ 2=
σ 3
Prawopłynięcia: lub p p
ij ijij ij
F Gε λ ε λσ σ∂ ∂
= =∂ ∂& && &
modelsprężysty
e eij ijkl klDσ ε= &&
epij ijkl klDσ ε= &&
22
Kryteria wytrzymałościowe dla skał ⇒ powierzchnie plastyczności
Klasyka:Mohr-Coulomb
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
√2σ3 [kPa]
σ1 [
kPa]
ściskanie
rozciąganie
oś hydrostatyczna
Powierzchnia Druckera-PrageraWersja standardowa:
ϕϕ
ϕϕ
σσσ
σσ
sin3cos6,
sin3sin6
),2(31,
31
,,23
0
31
31
−=
−=
+==
−==
=−−=−
ccM
pp
qssq
cMpqF
q
kk
ijij
qPD
:chtrojosiowy warunków dla
σ1
σ2σ3
σ1
σ2 σ3
powierzchnia πσ1=σ2=σ3
Drucker, Prager (1952)
1
1M
M
cq p
q
23
Kąt Lodego – wpływ pośredniej wartości składowych głównych
( ) ( )
( )
33/ 22
* 3 33 3/ 2
2
* *
3 2 2
Dwie popularne definicje kąta Lodego (często mylone):
3 31 arccos ,3 2
27 3 31 1arcsin arcsin ,3 2 3 2
0 60 , 30 30 , 30
gdzie
1det , , 32ij kl kl
JJ
J Jq J
J s J s s q J
θ
θ
θ θ θ θ
= −
= − = −
= ÷ = − ÷ = − +
= = = =
o o o o o
*
*
32
oraz - dewiator naprężenia
13
Sciskanie trójosiowe: 0 and 30Rozciąganie trójosiowe: 60 and 30
Alternatywna wersja powierzchni Druckera-Pragera (Abaqus):
qtKqtK
qr
KKqt
rsssr
cMptF
compext
kijkij
qPD
==−=
−−+=
−−=⇒=−=
=−−=−
, ; 1778.0
,11112
)( dla ,29
0
3
31323
*
σσσσ
K=1.0 K=0.9 K=0.8
Powierzchnia Matsuoki-Nakaiego (koncepcja SMP – Spatialy Mobilised Planes):
3213
21313223211
3
321
SMP
SMP
2
23321
2
3
det
,)(21
9
9 9
,3
σσσσ
σσσσσσσσσσ
σττσ
==
++=−=++==
−=⇒
−==
ij
ijijjjiikk
SMPSMP
I
I,σσσσI
IIII
IIIII
II
0or 3
21
3
21 =−== constIIIfconst
III
(1974) ,0sin1sin9tan89 2
2
3
212
3
21 =−−
−=−−=−cm
cmcmNM I
IIIIIF
ϕϕϕ
25
( )( )( )
31
3
3
1 3
0, Lade i Duncan (1975)
3 sin, det ,
1 sin 1 sin
LD
cmkk ij
cm cm
IFI
I I
κ
ϕσ σ κ
ϕ ϕ
= − =
′− −= = =
′ ′− − − +
Powierzchnia Ladego-Duncana (kryterium empiryczne):
30cmϕ′ = o 20cmϕ′ = o1σ−
2σ−3σ−
1σ−
2σ−3σ−
0MNF =
0LDF =
( )0.9 0DPF K = =( )1.0 0DPF K = =
Powierzchnia Ladego (kryterium empiryczne):
31 1
3
27 0, Lade (1977)
, , - parameters
m
La
a
I IFI p
p m
η
η
= − − =
1σ−
2 3σ σ− = −
0.5m = 0.8m =
26
Lade and Duncan (1975) Matsuoka and Nakai (1974)
Modfied Drucker-Prager Lade (1977)
1σ−
2σ−3σ−
30cmϕ′ = o20cmϕ′ = o
40cmϕ′ = o
1σ−
2σ−3σ−
30cmϕ′ = o20cmϕ′ = o
40cmϕ′ = o
1σ−
2σ−3σ−
30cmϕ′ = o
20cmϕ′ = o
40cmϕ′ = o0.778K =
1σ−
2σ−3σ−
28, 0.5, 50 kPaam pη = = =
150 kPap =
200 kPap =
50 kPap =
100 kPap =
Lade (1977) – ϕ´ zależy od p
1σ−
2 3σ σ− = −
0.5m = 0.8m =
Różnice pomiędzy poszczególnymi kryteriami wytrzymałościowymi dla skał
kontur Mohra-Coulombadla ϕcm=30°
Sposób uwzględnienia spójności (c) lub wytrzymałości na ściskanie (pc=c cotϕ)
1
2
3
0 00 00 0
ij
σσ σ
σ
=
1*
2
3
0 00 00 0
c
ij c
c
pp
p
σσ σ
σ
− = − −
27
Kryterium Ladego (1977) w świetle badań laboratoryjnych skał
Wyniki badań ściskania trójosiowego, granit z Westerly, Byerlee (1967)
Kryterium Ladego (1977) w świetle badań laboratoryjnych skał, c.d.
Wyniki badań ściskania trójosiowego, dwuosiowego i przestrzennego, piaskowiec, Akai i Mori (1970)
28
Kryterium wytrzymałościowe Hoeka-Browna dla masywu skalnego
0.53
1 3 cici
m sσσ σ σ
σ
= + +
wersja podstawowa, Hoek i Brown, (1980)
σci=UCS dla materiału skały; m, s – parametry zależne od stanu skały lub wskaźników RMR, Q; s=1.0, dla masywu niespękanego
31 3
a
ci bci
m sσσ σ σ
σ
= + +
wersja uogólniona, Hoek i Brown, (1988)
GSI (Geological Strength Index) – geologiczny wskaźnik wytrzymałości,D – wskaźnik zależny od naruszenia masywu skalnego w wyrobisku, mi - parametr zależny od stanu skały.
100 100 1 1 20exp , exp , exp exp28 14 9 3 2 6 15 3b iGSI GSI GSIm m s a
D D − − = = = + − − − − −
Kryterium wytrzymałościowe Hoeka-Browna, c.d.
29
Kryterium Hoeka-Browna i jegoaproksymacja funkcją Mohra-Coulomba
Anizotropia wytrzymałości skał
wyt
rzym
ałość
na śc
iska
nie
UC
S (σ
1)
nachylenie nieciągłości (β)
zniszczenie skały
poślizg po powierzchninieciągłosci
0° 90°
30
Anizotropia wytrzymałości skał, badania laboratoryjne, łupek ilasty, McLamore i Gray (1967)
Sprawdzić warunki Mohra-Coulomba dla materiału skalnego i nieciągłości
max min max min1 1( ) ( )sin cos 02 2
tan 0i n i i
F c
F c
σ σ σ σ ϕ ϕ
τ σ ϕ
= − − + − ≤
= − − ≤
Kinematyka połączeń skalnych / nieciągłości(przemieszczenia styczne u i normalne v)
ścinanie w prawo(dylatancja)
ścinanie w lewo(kontraktancja)
37
Podstawowe rodzaje połączeń skalnych
Połączenia skalne:(a) otwarte, (b) wypełnione, (c) o znacznej szorstkości dopasowane, (d) o znacznej szorstkości niedopasowane, (e) blokowe w jednej warstwie, (f) blokowe w kilku warstwach
Kierunek ruchu
Nieciągłość o dużej szorstkości
przemieszczenie styczne
napręż
enie
sty
czne
(zno
rmal
izow
ane
prze
zU
CS
)
przemieszczenie styczne
prze
mie
szcz
enie
nor
mal
ne(d
ylat
ancj
a / k
ontra
ktan
cja)
naprężenie styczne /przemieszczenie styczne
maksymalnykąt dylatancji
mikropęknięcia związane z utratą wytrzymałości na ścinanie (Zielony)mikropęknięcia związane z utratą wytrzymałości na rozciąganie (Czerwony)σn = 0.65 x UCS
Zależność empiryczna pomiędzyJRC i wytrzymałością na ścinanie :
arctan
log
bn p
n
JRCJCS
τ ϕσ
σ
− =
ϕb – bazowy kąt tarcia,JCS – wytrzymałość na ściskanie materiału ścian połączenia,(τ/σn)p – szczytowy współczynnik tarcia,
40
wyniki badań laboratoryjnych
Sztywność normalna połączeń skalnych
Opis materiałowy połączeń skalnych
Przyjęcie odpowiedniego modelu fenomenologicznegopozwalającego na sformułowanie macierzy sztywnościdowolnego elementu kontaktowego:
&
&
&
&
τσ n
11 12
21 22
D DD D
uv
=
wykorzystanie analogii w zachowaniu sięośrodków ciągłych i warstwy kontaktowej
&
&
&
&
qp
D DD D
11 12
21 22
q
v
=
εε
q s s p e e
s p e
ij ij kk q ij ij v kk
ij ij ij ij ij v ij
= = = =
= − = −
32
13
23
13
, , ,
,
σ ε ε ε
σ δ ε ε δ
41
Modelowanie połączeń skalnych w metodzie elementów skończonych
element kontaktowy Goodmana (interface)
X,Y - globalny układ odniesieniaU,V - przemieszczenia w układzie XY
x,y - lokalny kontaktowy układ odniesieniau,v - przemieszczenia kontaktowe w układzie xy
mi- punkty wyznaczające orientację elementu
Y,V
X,U
y,v
x,u
1
2
3
4
5
6
m1
m2
m3
h
Y,V
X,U
x , y1 1x , y2 2
x , y3 3
punkty kontaktowe (elementy typu gap)
X,Y - globalny układ odniesieniaxi,yi - układy lokalne
Modelowanie połączeń skalnych w metodzie elementów skończonych c.d.
42
Modelowanie połączeń skalnych w metodzie elementów skończonych c.d.
powierzchnianadrzędna powierzchnia
podrzędna
kontakt pomiędzy wydzielonymi powierzchniami modelu- kontrola wzajemnego położenia i oddziaływania węzłów
należących do zdefiniowanej pary kontaktowej
Modelowanie masywu skalnego z kilkoma systemami spękań przy użyciu modelu zastępczego dla ośrodków ciągłych (Jointed Rock Model).
masyw skalny
stratyfikacja
główny kierunekspękań
43
Jointed Rock Model c.d.
definicja kąta upadu β oraz kierunku upadu αF
krawędź przecięcia pomiędzy płaszczyznąspękania oraz płaszczyzną poziomą
linia upadu
płaszczyzna pionowa przechodzącaprzez linię upadu
poziomice płaszczyzny spękania
Jointed Rock Model c.d., określenie orientacji płaszczyzny spękania w modelu
44
Jointed Rock Model c.d., określenie orientacji płaszczyzny spękania w modelu
W płaskim stanie odkształcenia
α1 jest definiowany oraz α2=90°
Jointed Rock Model c.d., kryterium wytrzymałościowe dla połączeń skalnych(i – numer systemu spękań)
45
Badania laboratoryjne i polowe cech mechanicznych połączeń skalnychPodstawowe badania laboratoryjne:
1. Ściskanie i rozciąganie jednoosiowe2. Ściskanie i rozciąganie trójosiowe3. Bezpośrednie ścinanie w aparacie skrzynkowym4. Bezpośrednie ścinanie w aparacie skrętnym5. Badania udarowe6. Wytrzymałość punktowa7. Ściskanie - metoda brazylijska
Podstawowe badania polowe (in situ):
1. Badania wytrzymałości na ścinanie i ściskanie masywu skalnego (różne schematy)
2. Badania wytrzymałości na ścinanie kontaktu pomiędzy skałą i materiałem konstrykcyjnym
3. Badania sejsmiczne
Przykładowy aparat jednoosiowego ściskania
Prasa firmy GCTS Stanowisko pomiarowe firmy ARA, Tyndall AFB, Florida
46
Aparat trójosiowego ściskania dla skał
Szczegół komory aparatu System pomiarowy firmy TerraTek