ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑ:
ΕΞΑΜΗΝΟ: 7ο
ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ
4η ΑΣΚΗΣΗ:
ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: Β. ΧΡΗΣΤΑΡΑΣ, Καθηγητής Β. ΜΑΡΙΝΟΣ, Λέκτορας
ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΦΟΙΤΗΤΗ:…………………………………… .………….……………………………………...…ΗΜ/ΝΙΑ: ………….
Τίτλος άσκησης: Μονοαξονική θλιπτική αντοχή άρρηκτου βράχου UCS. Μέτρο παραμορφωσιμότητας E. Διατμητική αντοχή Βράχου-Βραχόμαζας - Εκτίμηση συνοχής και γωνίας τριβής από το κριτήριο αστοχίας Hoek-Brown. Γεωτεχνικές ταξινομήσεις – Ταξινόμηση GSI.
Άσκηση Α (Ιδιότητες άρρηκτου βράχου) 1. Ταξινομείστε τα διαγράμματα από πλευράς μεγέθους απόκλισης από την ελαστική συμπεριφορά και δώστε τους πιθανούς πετρολογικούς τύπους που αντιστοιχούν σε αυτούς.
i
ii
iii
Σχήμα 1. Τυπικές καμπύλες σ-ε για πετρώματα σε μονοαξονική θλίψη (i,ii,iii).
2. Οι Hoek and Brown (1980) εισήγαγαν το εξής εμπειρικό κριτήριο για αστοχία σε άρρηκτο (άθικτο) βράχο:
σ1
σ 3 σ ci
σ mi 3 σ ci
όπου: σ1΄ είναι η μέγιστη κύρια ενεργός τάση στη θραύση σ3΄ είναι η ελάχιστη κύρια ενεργός τάση στη θραύση
0.5
1
σc είναι η αντοχή μονοαξονικής θλίψης στον άρρηκτο (άθικτο) βράχο mi είναι μια σταθερά του υλικού για τον άρρηκτο βράχο Σε μια σειρά από δοκιμές τριαξονικής συμπίεσης σε ξηρά δείγματα ψαμμίτη, οι κύριες τάσεις κατά την αστοχία ήταν οι ακόλουθες: Αριθ. Πειράματος
σ3 (MPα)
σ1 (MPα)
1
1.0
9.2
2
5.0
28.0
3
9.5
48.7
4
15.0
74.0
Ζητούνται i.
Προσδιορίστε τις παραμέτρους διατμητικής αντοχής c και φ.
ii.
Δεχόμενοι ότι η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη ενός συνήθους ψαμμίτη είναι 30 MPα, προσδιορίστε την τιμή του mi με βάση το κριτήριο Hoek και Brown για τον ψαμμίτη της άσκησης αυτής και για σ1΄ = 93 MPα και σ3΄ = 19 MPα. Τι μπορείτε να συμπεράνετε για τον ψαμμίτη αυτόν;
iii.
Αν σε ένα από τα δοκίμια του ψαμμίτη που είναι κορεσμένο με νερό, εφαρμοστεί πλευρική τάση σ3 = 20 MPα και αξονική τάση σ1 = 60 MPα, να προσδιοριστεί η πίεση πόρων που θα πρέπει να αναπτυχθεί στο δοκίμιο, ώστε κάτω από τις συγκεκριμένες τάσεις να προκληθεί αστοχία (θραύση) του δοκιμίου.
Άσκηση Β (Ιδιότητες βραχόμαζας, δηλ. άρρηκτος βράχος + ασυνέχειες) Στην περιοχή των τεσσάρων γεωλογικών εμφανίσεων, που απεικονίζουν οι τέσσερις φωτογραφίες, πρόκειται να κατασκευαστεί άξονας ανοικτής οδοποιίας. Το πέτρωμα και στις τέσσερις θέσεις είναι ασβεστόλιθος. Για την γεωτεχνική μελέτη της δρόμου είναι απαραίτητη η γνώση του μοντέλου της βραχόμαζας και πιο αναλυτικά οι παράμετροι αντοχής και παραμορφωσιμότητας που θα χρησιμοποιηθούν για τον σχεδιασμό των μέτρων αντιστήριξης των ορυγμάτων σε περίπτωση περιστροφικής ολίσθησης (δηλαδή κατολίσθηση εδαφικού τύπου – ισότροπη συμπεριφορά)*. Ζητούνται 1. Βαθμονομείστε την βραχόμαζα, στις 4 εμφανίσεις της, με βάση το GSI, σύμφωνα με τον συνημμένο πίνακα (Hoek and Marinos 2000). α/α
Κατάσταση ασυνεχειών
Βραχόμαζα
Οι επιφάνειες των ασυνεχειών είναι κυματοειδείς, τραχείες και μη αποσαθρωμένες
Φωτ.1 Βραχόμαζα
Οι επιφάνειες των ασυνεχειών είναι λείες και μετρίως αποσαθρωμένες.
Φωτ.2 Βραχόμαζα Φωτ.3 Βραχόμαζα Φωτ.4
Οι
επιφάνειες
των
ασυνεχειών
είναι
τραχείες
έως
λείες
και
μετρίως
αποσαθρωμένες. Οι επιφάνειες των ασυνεχειών είναι κυματοειδείς, πολύ τραχείες και μη αποσαθρωμένες
Σημείωση: Τα αποτελέσματα των ταξινομήσεων παρουσιάστε τα ομαδοποιημένα σε πίνακα και οπωσδήποτε πάνω στο διάγραμμα του GSI με προβολές στα αντίστοιχα πεδία (βλέπε παράδειγμα στην παρουσίαση της άσκησης). 2. Σε ποιούς από τους παραπάνω τύπους βραχόμαζας εκτιμάτε (πιθανότερα) ότι στο βάθος το GSI μπορεί να αλλάζει και γιατί (δηλαδή αν μπορεί να βελτιωθεί η δομή ή η ποιότητα των ασυνεχειών με το βάθος); 3. Εφαρμόστε το κριτήριο Hoek and Brown (2002) για τις τέσσερις διαφορετικές μορφές της ασβεστολιθικής βραχόμαζας και υπολογίστε τις παραμέτρους αντοχής c και φ για κάθε περίπτωση για την ανάλυση ευστάθειας πρανούς ύψους 30m H μονοαξονική αντοχή σε θλίψη σci του ασβεστολίθου είναι 40 MPa και το ειδικό βάρος 0,025 MN/m3. Η επίλυση γίνεται από τις παρακάτω εξισώσεις. Εσείς μπορείτε να χρησιμοποιήσετε άμεσα το πρόγραμμα Roclab (ελεύθερο από το διαδίκτυο: www.rocscience.com).
' 1
' 3
ci ( mb
' 3
s) a
ci Κριτήριο αστοχίας Hoek & Brown για βραχόμαζα
Όπου τα mb, s και α δίνονται από τις σχέσεις:
mb
4.
GSI 100 ) 28 14D GSI 100 s exp( ) 9 3D 1 1 GSI / 15 (e e 20 / 3 ) 2 6 mi exp(
Στη συνέχεια υπολογίστε για κάθε βραχόμαζα το μέτρο παραμορφωσιμότητας Em από τη
σχέση του Hoek et al (2002):
E m (GPa )
(1
D ) 2
ci
( MPa ) 10( GSI 100
10 ) / 40
Όπου, D είναι συντελεστής που εξαρτάται από το βαθμό διαταραχής της βραχόμαζας ανάλογα με τη ποιότητα εκσκαφής. Να ληφθεί η τιμή D για βραχόμαζα χωρίς διαταραχή κατά την εκσκαφή της (D=0). Σημείωση 1: Τα αποτελέσματα των ερωτημάτων 3 (συνοχή c και γωνία τριβής φο) και 4 (μέτρο παραμορφωσιμότητας Ε) παρουσιάστε τα ομαδοποιημένα. Σημείωση 2: Για τον υπολογισμό του Em χρησιμοποιείστε αποκλειστικά την παραπάνω σχέση (όχι μέσω του προγράμματος Roclab ) 5. Θεωρείτε ότι κατά την επίλυση του κριτηρίου θραύσης για μειούμενη ποιότητα της βραχόμαζας (όπως στην περίπτωση της άσκησης) θα πρέπει να μειώνουμε κάθε φορά και τις τιμές της μονοαξονικής αντοχής (σci) και της σταθεράς mi του ασβεστολίθου και γιατί; Βιβλιογραφία: Hoek, E., Carranza-Torres, C., Corkum, B., 2002. Hoek - Brown failure criterion - 2002 edition. In: Bawden H.R.W., Curran, J., Telesnicki, M. (eds). Proceedings of NARMS-TAC 2002, Toronto, pp. 267-273. Hoek, E. and Marinos, P. 2007. A brief history of the development of the Hoek-Brown failure criterion. Soils and Rocks, No. 2., November 2007. Marinos, V., Marinos, P., Hoek, E. “The geological Strength index: applications and limitations”. Bull. Eng. Geol. Environ. 64, 55-65 (2005). Marinos, P and Hoek, E. 2000 GSI – A geologically friendly tool for rock mass strength estimation. Proc. GeoEng2000 Conference, Melbourne. 1422-1442
Σχήμα 2. Γεωλογικός Δείκτης Αντοχής – GSI (Geological Strength Index).
Βραχόμαζα τύπου Ι
Βραχόμαζα τύπου ΙΙ
Βραχόμαζα τύπου ΙΙΙ
Βραχόμαζα τύπου ΙΙΙ
Βραχόμαζα τύπου IV