Texniki Geologia_Askisi 5_2012_13

Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας

Καθ. Β.Χρηστάρας Λεκτ. Β. Μαρίνος

Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας

5η Άσκηση: Ευστάθεια βραχωδών πρανών µε χρήση δικτύου Schmidt. Υπολογισµός συντελεστή

ασφαλείας από ανάλυση δυνάµεων. Επίδραση νερού. Αντιστηρίξεις πρανών.

Πως θα συµπεριφερθεί; Ποιός ο πιθανός τύπος αστοχίας;

ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Αποδοµηµένη βραχόµαζα

Πως θα συµπεριφερθεί-αστοχήσει ???

Αστοχία βραχόµαζας ως ισότροπο µέσο

(περιστροφική ολίσθηση)

Αστοχία κατά µήκος συγκεκριµένων προυπαρχουσών Ασυνεχειών (επίπεδη ή σφηνοειδή

ολίσθηση)

Πως µπορεί να αστοχήσει η βραχόµαζα ?

Ισότροπη Ανισότροπη

Επίπεδη ολίσθηση Σφηνοειδή ολίσθηση

Ολίσθηση από Ανατροπή Ολίσθηση από Ανατροπή

Κινηµατική ανάλυση ευστάθειας

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

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.

Κινηµατική Ανάλυση Βραχωδών Πρανών

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.

Ολίσθηση πάνω σε προϋπάρχουσα ασυνέχεια

Μορφές κατολισθήσεων Επίπεδη ολίσθηση

Επίπεδη Ολίσθηση

Διατμητική αντοχή ασυνεχειών

Επίπεδη Ολίσθηση Επίπεδη Ολίσθηση

Μορφές κατολισθήσεων Σφηνοειδής ολίσθηση

Διατµητική αντοχή ασυνεχειών

Ανισότροπη συµπεριφορά βράχου (σφηνοειδής ολίσθηση)

Σφηνοειδής Ολίσθηση



ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΟΥΣ Προϋποθέσεις ολίσθησης

§ Περιστροφική ολίσθηση § Επίπεδη ολίσθηση §  Σφηνοειδής ολίσθηση § Ολίσθηση από ανατροπή

1.  Μεγάλο πλήθος ασυνεχειών σε πολλαπλές διευθύνσεις.

2.  Στο δίκτυο: διάσπαρτοι πόλοι ασυνεχειών

Περιστροφική Ολίσθηση

Προϋποθέσεις ολίσθησης


1.  Στο δίκτυο: διάσπαρτοι πόλοι ασυνεχειών

•  Δεν επικρατεί συγκεκριµένο σύστηµα ασυνεχειών


Πρανές



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


1.  Διεύθυνση ασυνέχειας // µε διεύθυνση πρανούς (επιτρεπόµενη διαφορά έως ± 200)

2.  φπ > φα > φ (Δοκιµή Markland)


Πρανές (φπ)

Ασυνέχεια (φα)

Γωνία τριβής (φο)

φπ > φα > φ

Συγκέντρωση πόλων

Σφηνοειδής ολίσθηση


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.


1.  φπ > φτ > φ


Πρανές (φπ) Γωνία τριβής (φο)

φπ > φτ > φ


Τοµή Ασυνεχειών (φτ)

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.

Ολίσθηση από ανατροπή


1. Φορά κλίσης ασυνέχειας: Αντίρροπη φοράς κλίσης πρανούς, µε διεύθυνση +/- 200

2. Μεγάλη κλίση ασυνέχειας (>700)

Ολίσθηση από Ανατροπή

Ολίσθηση Ανατροπής (γενικό κριτήριο)

Πρανές

Ασυνέχεια (φα>70ο )

•  Φα>70ο

•  Αντίθετη φορά κλίσης από το πρανές


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

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

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

Ανάλυση ευστάθειας πρανών

u  Συντελεστής Ασφαλείας (F):

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;;;

F = Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης / Δυνάµεις που ωθούν προς

ολίσθηση

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.  Πίεση νερού µέσα στις ασυνέχειες iii.  Δύναµη πιθανού σεισµού iv.  Εξωτερικό βάρος (φορτίο) πάνω στο υπό ολίσθηση µπλοκ


ολίσθηση

Ανάλυση δυνάµεων σε επίπεδη αστοχία

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.  Πίεση νερού µέσα στις ασυνέχειες iii.  Εξωτερικό βάρος (φορτίο) πάνω στο υπό ολίσθηση µπλοκ


ολίσθηση

Δυνάµεις: Βάρος W και δύναµη Τριβής T 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 + Rc/N

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 §  Μείωση των υδατικών πιέσεων (αποστράγγιση) §  Ελάφρυνση – αφαίρεση βάρους


ολίσθηση

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.

Η παρουσία του νερού ως καθοριστικός παράγοντας για την ευστάθεια ενός βραχώδους

πρανούς

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.

•  Βραχώδη Πρανή: Οι ελάχιστοι συντελεστές ασφάλειας έναντι θραύσης του συνολικού πρανούς (σε περίπτωση αναβαθµίδων) θα πρέπει να είναι σύµφωνοι µε τον Πίνακα:

α/α Συνδυασµού 1 2 3 4

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

ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΠΡΑΝΩΝ - - ΘΡΑΥΣΗ ΣΥΝΟΛΙΚΟΥ ΠΡΑΝΟΥΣ

Αποδεκτός συντελεστής ασφαλείας

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

α/α Συνδυασµού 1 2 3 4

Σεισµός Ν Ν Ο Ο

Ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα 50-ετίας

Ν Ο Ν Ο

Απαιτούµενος συντελεστής ασφαλείας - - 1,1 1,2

•  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

Αποδεκτός συντελεστής ασφαλείας

Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF), σε πρανές

α) χωρίς εφελκυστική ρωγµή β) µε εφελκυστική ρωγµή γεµάτη νερό

Άσκηση A •  Τεχνητά πρανή µε κλίση 60ο και διεύθυνση Β170ο •  Παχυστρωµατώδης ψαµµίτης •  Πιθανές ανατροπές, επίπεδες και σφηνοειδείς ολισθήσεις

!"#$%&'( )&*#µ+,( - -$µ+. !"#µ"$%&'( )$*&+",- -)./"+"&0/ 1%-+2µ-3-4

56*$"7*8µ"/9 -62 4 *&'*:;/"&"4 -)./"+"&0/ • < ()$%0)9): 40*/ 270* • J1 (=&('7-)9): 50* /340* • J2 (=&('7-)9): 50* /208* • J3 (=&('7-)9): 30* /10* • J4 (=&('7-)9 µ" 6*78 µ&'%>

"µµ*/>): 46*/170* ?=-$&';4 )./@>'"4 A"#%",)$" "=0 B9%;4 )./@>'"4 C&-$µ9$&'> -/$*+> -)./"+"&0/ D=&- :&- 27*.4 $*.4 $86*.4 -)./"+"&0/

(B, J1,J2,J3): • !#/,- ")#$"%&'>4 $%&1>4 E ('-$(

µ>'*4 $#/ -)./"+"&0/): 32* • F./*+> c ('-$( µ>'*4 $#/

-)./"+"&0/): )" -.$2 $* )$(=&* -B&*72:9)94 @"#%",$-& µ9="/&'>

!

Γεωλογική Οριζοντιογραφία Οδοποιϊας Διεύθυνση άξονα – Τεχνικά πρανή

Πρανές 1

Πρανές 2 Διεύθυνση άξονα Οδοποιϊας (κίτρινη γραµµή)

Γεωλογική Οριζοντιογραφία Οδοποιϊας Διεύθυνση άξονα – Τεχνικά πρανή

Διεύθυνση άξονα Οδοποιϊας (κόκκινη γραµµή)

Διεύθυνση άξονα κόκκινη βούλα

Η διεύθυνση κλίσης των 2 πρανών είναι κάθετη στον άξονα

Πρανές 1 Πρανές 2

Τοµή κάθετα στον άξονα

Άσκηση Β Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF), σε πρανές

F =c !A+ (W !cos!p "U "V !sin!p ) ! tan"

V !cos!p +W !sin!p

Άσκηση Β Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF), σε πρανές

F =c !A+ (W !cos!p "U "V !sin!p ) ! tan"

V !cos!p +W !sin!p

•  Α η επιφάνεια ολίσθησης •  W το βάρος του τεµάχους που ολισθαίνει •  U & V οι αντίστοιχες υδροστατικές δυνάµεις)

( )2* 2

ww ZV γ=

2** ww ZAU γ

=ρsinΨΖ-ΗΑ =

W= Vτεµάχους* γ •  όπου Vτεµάχους ο όγκος του υπό ολίσθηση τεµάχους και γ το ειδικό βάρος του πετρώµατος. Άρα εσείς πρέπει να βρείτε τον όγκο.

Άσκηση Β Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF)

!Α

Β

ΓΔΕ

W= Vτεµάχους* γ Ο όγκος Vτεµάχους= VΑΒΓΔΑ VΑΒΓΔΑ= VΑΒΓΕΔΑ- VΑΔΕ (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)

Κάποια επιπλέον θεωρητικά στοιχεία

•  Διατµητική αντοχή ασυνεχειών: Διαφάνειες που παρουσιάζουν την εργαστηριακή-εµπειρική διαδικασία υπολογισµού της διατµητικής αντοχής των ασυνεχειών.

•  Στην άσκηση σας δίνεται άµεσα η διατµητική αντοχή των ασυνεχειών, δηλαδή η γωνία τριβής της ασυνέχειας (εδώ φ=32ο και c=30 KPa) και δεν χρειάζεται να κάνετε την παρακάτω διαδικασία.

•  Παρουσιάζεται αδρά η διαδικασία κινηµατική ανάλυσης: από τις µετρήσεις στην ύπαιθρο έως την ανάλυση στο γραφείο.

•  Παρουσιάζονται ορισµένα θέµατα αντιστήριξης των πρανών

σ΄ τ

tanʹ′τ = σ φ


σ΄

τ i

tan( i)ʹ′τ = σ φ+


Διατµητική αντοχή ασυνεχειών Κριτήρια θραύσης

Από Hudson & Harrison, 1997

bJSCtan( JRClog )ʹ′τ = σ φ +ʹ′σ

Διατµητική αντοχή ασυνεχειών Κριτήριο αστοχίας Barton

φb Βασική γωνία τριβής του άρρηκτου βράχου. Υπολογίζεται από πειράµατα σε λείες επιφάνειες

JRC Συντελεστής τραχύτητας. Υπολογίζεται µε βάση τυποποιηµένα προφίλ.

JCS

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

tan( i)ʹ′τ = σ φ+

Συντελεστής τραχύτητας JRC. Υπολογίζεται µε βάση τυποποιηµένα προφίλ.

Προφιλόµετρο

Προφιλόµετρο

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

Πειραµατικός υπολογισµός διατµητικής αντοχής ασυνεχειών



Συσκευή άµεσης διάτµησης

Διατµητική αντοχή ασυνεχειών Κριτήριο αστοχίας Barton

Διατµητική αντοχή ασυνεχειών Συµπερασµατικά (Σχηµατικά)

Διατµητική αντοχή ασυνέχειας ως προς πάχος υλικού πλήρωσης

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 2 4 6 8 10 12Πάχος υλικού πλήρωσης (mm)

Διατµητική αντοχή

ασυνέχειας

(kPa

)

tjointtfilling

Κριτήριο αστοχίας Barton για τις ασυνέχειες

φb=35ο

JRC=14 JCS=30MPa

Υλικό πλήρωσης φ=25ο

c=30kPa

Κινηµατική ανάλυση: Από την ύπαιθρο στο γραφείο

Σχηµατική απεικόνιση των γεωµετρικών ιδιοτήτων των ασυνεχειών

Μέγεθος µπλοκ

Υλικό πλήρωσης Οµάδα ασυνεχειών

Αντοχή τοιχώµατος

Οµάδα ασ.

Τραχύτητα

Εµµονή Συχνότητα

Άνοιγµα

Διήθηση

Κλίση-Φορά κλίσης

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 60-100 µετρήσεις ανά τεχνικό διάγραµµα.

•  Οι ασυνέχειες που µετρώνται είναι • Στρώση – Σχιστότητα • Διακλάσεις • Ρήγµατα

ii. Μ ε τ ρ ή σ ε ι ς τ ε κ τ ο ν ι κ ώ ν στο ιχε ίων – Τ ε κ τ ο ν ι κ ά Διαγράµµατα (ΤΔ)


Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων – Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) •  Για κάθε µέτρηση θα πρέπει να δίνονται:

•  Διεύθυνση κλίσης / µέτρο κλίσης (π.χ. 070ο/88ο) ή ανάποδα (88ο/070ο) •  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.


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, φο). 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.


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)


Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων – Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) (συνέχεια…)

•  Παρουσία νερού. Αν υπάρχει (υγρασία, στάγδην, ροή) νερό κατά µήκος των ασυνεχειών θα πρέπει να σηµειώνεται.


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.

Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ)

1. Εισαγωγή των γεωµετρικών στοιχείων των ασυνεχειών (από τις µετρήσεις στην ύπαιθρο)

Κλίση Διεύθυνση Κλίσης


2. Προβολή των πόλων των ασυνεχειών (στρώσεις, διακλάσεις, ρήγµατα)


3. Κατανοµή πόλων και στατιστική επεξεργασία ασυνεχειών


4. Ορισµός των οικογενειών των ασυνεχειών και των επιπέδων τους.

Κύριο σύστηµα ασυνεχειών

Κλίση/Φορά βύθισης

1. J (Διάκλαση)






82/154

66/229

35/218

50/111

83/317

44/357


5. Προβολή της διεύθυνσης του τεχνικού έργου (π.χ. ορύγµατος) και της γωνίας τριβής των ασυνεχειών (φο)

Μαύρο: Στοιχεία πρανούς Κόκκινο (κύκλος): Γωνία τριβής (φο) Πράσινο: Ασυνέχειες


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


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.

Εφελκυστική ρωγµή

Παρουσία νερού στην ρωγµή

Επιφάνεια ολίσθησης Διεύθυνση ολίσθησης

Στάδια Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ)

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:

Μέτρα Αντιστήριξης 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

Μέτρα Αντιστήριξης Βραχωδών 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.


I.  Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης


Μέτρα προστασίας έναντι καταπτώσεων βράχων (Hoek, 2000)

I.  Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης


Μέτρα προστασίας έναντι καταπτώσεων

(Hoek, 2000)

Παθητικά µέτρα αντιστήριξης µε τη χρήση φράκτη ανάσχεσης

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

I.  Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης –  Έργα αποστράγγισης

•  Επιφανειακά µε περιµετρικούς τάφρους αποστράγγισης •  Αποστραγγιστικοί σωλήνες


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.

I.  Ενεργητικά Μέτρα Αντιστήριξης –  Αγκυρώσεις βράχου


Εφαρµογή αγκυρίων για την αντιστήριξη του πρανούς

Αντιστήριξη µε τη χρήση αγκυρίων





Αντιστήριξη µε τη χρήση αγκυρίων – πλέγµατος

Βιβλιογραφία Άσκησης

•  Barton, N. and Choubey, V., 1977. The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mechanics, 10(1-2), pp. 1-54.

•  Hoek, Ε & Bray J.W. (1981). Rock Slope Engineering. •  Hoek, E., 2007. Practical Rock Engineering. Notes on

Internet (www.rocscience.com/hoek/hoek.asp). •  Hudson A.J, and Harrison P.J, 1997. Engineering rock

mechanics. •  Δηµόπουλος Γ. (2008). Τεχνική Γεωλογία. Εκδόσεις Αφοί Κυριακίδη.

•  Δηµόπουλος Γ & Μακεδών Θ., (2008). Προβλήµατα Τεχνικής Γεωλογίας. Εκδόσεις Τζιόλα, Θεσσαλονίκη.

Texniki Geologia_Askisi 5_2012_13

Documents

Texniki Geologia_Askisi 5_2012_13