ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ
ΕΞΑΜΗΝΟ: 7ο
ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: Β. ΧΡΗΣΤΑΡΑΣ, Καθηγητής Β. ΜΑΡΙΝΟΣ, Λέκτορας
ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΦΟΙΤΗΤΗ:……………………………………
5η ΑΣΚΗΣΗ:
.………….……………………………………...…ΗΜ/ΝΙΑ: ………….
Τίτλος άσκησης: Ευστάθεια βραχωδών πρανών µε χρήση δικτύου Schmidt. Κινηµατική ανάλυση. Υπολογισµός συντελεστή ασφαλείας από ανάλυση δυνάµεων. Επίδραση νερού. Αντιστηρίξεις πρανών. Σκοπός της άσκησης: Σκοπός της άσκησης είναι η εύρεση των δυνητικών δοµικών (επίπεδες, σφηνοειδείς, ανατροπές) ολισθήσεων κατά µήκος πρανούς. Η κινηµατική ανάλυση γίνεται µε τη χρήση των στερεοδιαγραµµάτων Schmidt. Ο τελικός σκοπός όµως είναι ο ακριβής υπολογισµός αν πράγµατι θα συµβεί η ολίσθηση-αστοχία. Αυτό γίνεται µέσω του υπολογισµού της σχέσεις των δυνάµεων που κρατούν το υπό ολισθηση µπλοκ και των δυνάµεων που ωθούν το υπό ολισθηση µπλοκ, δηλαδή µέσω του συντελεστή ασφαλείας (F).
Α΄ Φάση Άσκησης Σε έναν οδικό άξονα σχεδιάζεται να εκσκαφθούν διεύθυνση Β170ο. Ο γεωλογικός σχηµατισµός παχυστρωµατώδης ψαµµίτης. Από την επιτόπου περιοχής και από τις εργαστηριακές δοκιµές που προέκυψαν τα παρακάτω στοιχεία. Στοιχεία Γεωµετρικά βραχόµαζας
στοιχεία
Υδατικές συνθήκες Διατµητική αντοχή ασυνεχειών
τεχνητά πρανή µε κλίση 60ο και της υπό µελέτη περιοχής είναι τεχνικογεωλογική αναγνώριση της πραγµατοποιήθηκαν στον ψαµµίτη Δεδοµένα - Τιµές
ασυνεχειών
Αποτελούµενη από 4 οικογένειες ασυνεχειών i. Β (στρώση): 40ο/ 270ο ii. J1 (διάκλαση): 50ο /340ο iii. J2 (διάκλαση): 50ο /208ο iv. J3 (διάκλαση): 30ο /010ο v. J4 (διάκλαση µε πολύ µικρή εµµονή): 46ο/170ο Θεωρείστε εδώ ξηρές συνθήκες Ίδια για όλους τους τύπους ασυνεχειών (B, J1,J2,J3): • Γωνία εσωτερικής τριβής φ (κατά µήκος των ασυνεχειών): 32ο • Συνοχή c (κατά µήκος των ασυνεχειών): σε αυτό το στάδιο αξιολόγησης θεωρείται µηδενική
Ζητούµενα: 1. Ποιά αναµένεται να είναι η συµπεριφορά της βραχόµαζας (ισότροπη-ανισότροπη) και ποιοί οι πιθανοί τύποι ολίσθησης. 2. Αφού φτιάξετε ένα ενδεικτικό σκίτσο της γεωµετρίας των πρανών, να ελεγχθούν οι πιθανές ανατροπές, επίπεδες και σφηνοειδείς ολισθήσεις που δύναται να εκδηλωθούν στα παραπάνω πρανή. 3. Ποιά θα πρέπει να είναι η νέα κλίση του πρανούς, χωρίς να αλλάξει η διεύθυνση κλίσης, ώστε να αποκλειστούν οι παραπάνω ολισθήσεις;
Β΄ Φάση Άσκησης Αφού εκτιµήθηκαν οι δυνητικές ολισθήσεις του πρανούς το επόµενο βήµα είναι ο υπολογισµός του συντελεστή ασφαλείας (F), δηλαδή να αξιολογηθεί αν πράγµατι θα γίνει η ολίσθηση. Εδώ θα υπολογίσετε τον συντελεστή ασφάλειας για επίπεδη ολίσθηση. Δίνεται ότι το ύψος του πρανούς (Η) είναι ίσο µε 10 m ενώ η κλίση του πρανούς ψf = 700 (η γεωµετρία του τελικού πρανούς φαίνεται στο παρακάτω σχήµα). Επίσης, εντοπίστηκε κατακόρυφη ρωγµή εφελκυσµού µε βάθος z = 4 m πίσω από τη στέψη του πρανούς. Η διατµητική αντοχή των επιφανειών της στρώσης είναι: • συνοχή c = 30 kPa • γωνία τριβής φ = 32ο. Η πυκνότητα γ (µοναδιαίο βάρος) του ψαµµίτη είναι 25 KN/m3.
Ο συντελεστής ασφαλείας έναντι επίπεδης ολίσθησης δίνεται από τον ακόλουθο τύπο:
c ⋅ A + (W ⋅ cos ψ p −U −V ⋅ sin ψ p )⋅ tan ϕ F= V ⋅ cos ψ p + W ⋅ sin ψ p (όπου A η επιφάνεια ολίσθησης, W το βάρος του τεµάχους που ολισθαίνει και & οι αντίστοιχες υδροστατικές δυνάµεις).
U&V
Επίσης δίνονται:
γ w * (Z w )2 V= 2
Α=
Η- Ζ sinΨρ
U=
γ w * A * Zw 2
ΖΗΤΟΥΝΤΑΙ: 1. Να υπολογιστεί ο συντελεστής ασφαλείας F έναντι επίπεδης ολίσθησης, δεδοµένου ότι η ρωγµή εφελκυσµού έχει πληρωθεί µε νερό κατά τα 3/4 αυτής (zw = 3 m). Σχολιάστε αν ο συντελεστής ασφαλείας είναι αποδεκτός (βλέπε παρουσίαση µαθήµατος για τα αποδεκτά όρια). 2. Να εξεταστεί πως µεταβάλλεται ο συντελεστής ασφαλείας για την περίπτωση που η ρωγµή είναι γεµάτη µε νερό (zw = 4 m). (βλέπε παρουσίαση µαθήµατος για τα αποδεκτά όρια) 3. Να βρεθεί η επίδραση της πλήρους αποστράγγισης του πρανούς στον συντελεστή ασφαλείας. (βλέπε παρουσίαση µαθήµατος για τα αποδεκτά όρια) 4. Φτιάξτε ένα διάγραµµα µεταβολής του συντελεστή ασφαλείας µε τις υδατικές συνθήκες και σχολιάστε το. 5. Σε περίπτωση που ο συντελεστής ασφάλειας δεν είναι αποδεκτός, ποιά είναι τα πιθανά µέτρα αντιστήριξης που θα επιλέγατε για την επίτευξη της ευστάθειας του πρανούς; Σηµείωση 1: Αναλύστε την ευστάθεια έναντι επίπεδης ολίσθησης για την επιφάνεια που αξιολογήσατε και βρήκατε στη Α΄ φάση της άσκησης. Οι υπολογισµοί θα γίνουν για διάφορες υδατικές συνθήκες (ανά ζητούµενο δηλαδή). Σηµείωση 2: Στη Β φάση της άσκησης λαµβάνουµε τη συνοχή µη µηδενική ενώ στην Α ως µηδενική. Στην πραγµατικότητα η συνοχή δεν είναι εντελώς µηδέν καθώς η επιφάνεια της ασυνέχειας δεν είναι πλήρως (σε όλο το εµβαδό) σπασµένη ενώ µπορεί κατά τόπους να είναι και επανασυγκολληµένη. Σηµείωση 3: Οι υπολογισµοί για την επιφάνεια ολίσθησης και τον όγκο του τεµάχους που ολισθαίνει να γίνουν θεωρώντας ως πλάτος του ολισθαίνοντος τεµάχους το 1m. Σηµείωση 4: Ανάλογη ανάλυση (υπολογισµός συντελεστή ασφαλείας) κάνουµε και για τις σφηνοειδείς ολισθήσεις. Σηµείωση 5: Ο υπολογισµός του συντελεστή ασφαλείας µπορεί να γίνει αποκλειστικά µε τη χρήση των στερεοδιαγραµµάτων Schmidt και των δυναµοπολύγονων (βλέπε θεωρία). Σηµείωση 6: Στη περίπτωση σφηνοειδούς ολίσθησης πάνω στην τοµή των ασυνεχειών, όπου η γωνία τριβής είναι διαφορετική για κάθε ασυνέχεια, η ανάλυση (µέσω δικτύου Schmidt) µπορεί να γίνει µε τη προβολή των κόνων Talobre ώστε να υπολογιστεί η εσωτερική γωνία τριβής της τοµής που γίνεται η ολίσθηση. Αν η ολίσθηση συµβαίνει σε µία από τις δύο ασυνέχειες (µέσω του τεστ Hocking) τότε λαµβάνουµε υπόψιν την γωνία τριβής εκείνης της ασυνέχειας (δηλαδή δουλεύουµε µε κύκλο τριβής). Βιβλιογραφία: •
E.Hoek, & J.W. Bray (1981). Rock Slope Engineering (ISBN 0-419-16010-8)