ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΆΣΚΗΣΗ 4 by eng geo

Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 4η Άσκηση: Αντοχή Βράχου – Βραχόμαζας Ταξινομήσεις Βραχόμαζας Καθ. Β.Χρηστάρας Λεκτ. Β. Μαρίνος Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας

Ποιο είναι το υλικό που μελετάμε ? Βραχόμαζα Άρρηκτο βράχο Ασυνέχειες

Άρρηκτος βράχος

Ασυνέχειες

Ποιο είναι το υλικό που μελετάμε ? Ασυνέχεια

Άρρηκτος βράχος

Ασυνέχειες

Άρρηκτος βράχος

Πως μπορεί να αστοχήσει η βραχόμαζα ? Με ολίσθηση τεμάχους πάνω σε συγκεκριμένες ασυνέχειες. Στην περίπτωση αυτή ενδιαφέρουν οι παράμετροι που περιγράφουν τις ασυνέχειες ( Προσεχώς ………… Στο επόμενο μάθημα ) Ως «οιωνεί» ομοιογενές και ισότροπο υλικό. Κάτι σαν έδαφος…… Στην περίπτωση αυτή ενδιαφέρουν οι παράμετροι που περιγράφουν τη βραχόμαζα ως σύνολο

Δοκίμιο με μία ασυνέχεια

Άρρηκτος βράχος ή πολύ κερματισμένη βραχόμαζα

Πως μπορεί να αστοχήσει η βραχόμαζα ? Οι διατμητικές τάσεις μπορεί να προκαλούν:  σε άρρηκτο πέτρωμα: ψαθυρή θραύση υπό πολύ υψηλές τάσεις (π.χ. σε βαθιές σήραγγες). (Ισότροπη συμπεριφορά)  στη βραχόμαζα: θραύση κατά μήκος σύνθετης επιφάνειας που εμπλέκει μια σειρά από διάφορες ασυνέχειες αλλά και διάρρηξη των γεφυρών του άρρηκτου βράχου μεταξύ των ασυνεχειών αυτών. (Ισότροπη συμπεριφορά)  στις ασυνέχειες: θραύση κατά μήκος μίας ή δύο συγκεκριμένων ασυνεχειών (επίπεδες, σφηνοειδείς ολισθήσεις).(Ανισότροπη συμπεριφορά)

Πως μπορεί να αστοχήσει η βραχόμαζα ? Αστοχία βραχόμαζας ως ισότροπο μέσο

Αστοχία κατά μήκος Συγκεκριμένων ασυνεχειών

Ποιο είναι το υλικό που μελετάμε ? Βραχόμαζα

Ιδιότητες βραχόμαζας

Άρρηκτο βράχος

Ανομοιογενής

Ασυνέχειες

Ανισότροπη

►

Τα τεχνικά έργα σχεδόν κατά κανόνα κατασκευάζονται επί ή εντός κερματισμένου-διαταραγμένου βραχώδους υλικού (βραχόμαζα) και όχι σε άρρηκτο βράχο.

►

Συνεπώς, τελικός στόχος οι ιδιότητες παραμορφωσιμότητα ) της βραχόμαζας.

(αντοχή

και

Είναι πολύ δύσκολο να προσδιοριστούν οι παράμετροι που την περιγράφουν ως ενιαίο, ομοιογενές και ισότροπο υλικό……

Για κάθε υλικό τι θέλουμε να ξέρουμε? Πως παραμορφώνεται για δεδομένη ένταση Δηλαδή σχέσεις τάσεων - παραμορφώσεων Απαραίτητα δεδομένα Ε, ν

Πότε αστοχεί

Δηλαδή την αντοχή του σε διάφορες καταπονήσεις Απαραίτητα δεδομένα οι παράμετροι αντοχής του κριτηρίου αστοχίας που χρησιμοποιείται

Για τη βραχόμαζα πως τα υπολογίζουμε? Αρχικά υπολογίζουμε τις παραμέτρους του άρρηκτου βράχου και στη συνέχεια με απομείωση αυτών…….

Απομείωση ? …….καταλήγουμε στις αντίστοιχες παραμέτρους της βραχόμαζας

Άρα ας ξεκινήσουμε από τη μελέτη του άρρηκτου βράχου

Πάμε λοιπόν στην άσκηση Α…

Για τον άρρηκτο βράχο λοιπόν….. Πως παραμορφώνεται για δεδομένη ένταση Δηλαδή σχέσεις τάσεων - παραμορφώσεων Απαραίτητα δεδομένα Ε, ν

Αστοχία και παραμόρφωση άρρηκτου βράχου Εργαστηριακές δοκιμές στο βράχο

Μονοαξονικής φόρτισης Τριαξονικής φόρτισης Σημειακής φόρτισης (Point Load test) Άμεσης διάτμησης

Αστοχία και παραμόρφωση άρρηκτου βράχου Μονοαξονική φόρτιση

Θραύση του άρρηκτου βράχου Μονοαξονική θλιπτική αντοχή  αναφέρεται στο μέγιστο επίπεδο τάσεων που μπορεί να φέρει ένα δείγμα βράχου Η μηχανική συμπεριφορά υπό απλή θλίψη περιγράφεται από την καμπύλη τάσης – παραμόρφωσης:

Μονοαξονική θλιπτική αντοχή

Παραμορφωσιμότητα άρρηκτου βράχου Το πέτρωμα ως ελαστικό μέσο (Ορισμός ελαστικού μέσου Ε= σ/ε) Μέτρο Παραμορφωσιμότητας Ε Πετρώματα  Μη γραμμική ελαστικότητα

• Ε μεταβάλλεται με σ • Ε μεταβάλλεται με φορά φορτίου (Εmax

)

• E συνάρτηση της δομής («αλληλοκλειδώματος κόκκων»)

• Εξηρό  Ευγρό • Ε μεγαλύτερο αν υπήρξε μεγάλη σε διάρκεια φόρτιση στο παρελθόν

Παραμορφωσιμότητα άρρηκτου βράχου

Χαρακτηριστικές συμπεριφορές

Προσέγγιση ελαστικής συμπεριφοράς όταν: •

σκληρά (π.χ. με πυριτικά ορυκτά)

•

πυκνής δομής

•

ελάχιστου πορώδους

Χαρακτηριστικές συμπεριφορές σ-ε

σ-ε

Ελαστική - Πλαστική συμπεριφορά

Ελαστική συμπεριφορά

π.χ. Βασάλτης

π.χ. Ασβεστόλιθος σ-ε

σ-ε

Πλαστική- Ελαστική -Πλαστική συμπεριφορά

Πλαστική- Ελαστική συμπεριφορά

π.χ. Ψαμμίτης

π.χ. Μάρμαρο

Χαρακτηριστικές συμπεριφορές

σ-ε

Ελαστική - Πλαστική - Ερπυστική συμπεριφορά

π.χ Εβαπορίτες

Για τον άρρηκτο βράχο λοιπόν……. Πότε αστοχεί Δηλαδή την αντοχή του σε διάφορες καταπονήσεις Απαραίτητα δεδομένα οι παράμετροι αντοχής του κριτηρίου αστοχίας που χρησιμοποιείται

Κριτήριο αστοχίας Hoek – Brown για τον άρρηκτο βράχο

 σ3  σ1  σ 3  σ ci  mi  1  σ ci 

0.5

σci

Αντοχή του άρρηκτου βράχου σε μονοαξονική θλίψη

Σταθερά του υλικού: εκφράζει το αλληλοκλείδωμα των κόκκων – ορυκτών μεταξύ τους.

ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΉ ΑΝΤΟΧΉ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΙΣ ΙΔΙΌΤΗΤΕΣ MOHR - COULOMB Διατμητική αντοχή: Η τάση που πρέπει να εφαρμοστεί ώστε να προκληθεί η αμοιβαία μετατόπιση των κόκκων ή τεμαχών βράχου. Εκφράζεται από: Συνοχή c (KPa): Εκφράζει το ¨δέσιμο¨των κόκκων (στον άρρηκτο) ή τεμαχών (στη βραχόμαζα) Γωνία εσωτερικής τριβής φ ( ο ): Τριβή ανάμεσα στα ορυκτά ή στα τεμάχη που αντιστέκεται στη διάτμηση

Κριτήριο αστοχίας Hoek – Brown για τον άρρηκτο βράχο Υπολογισμός παραμέτρων διατμητικής αντοχής (c και φ) του άρρηκτου βράχου μέσω ταύτισης των δύο καμπύλων θραύσης Hoek – Brown και Mohr – Coulomb για συγκεκριμένη σ3

Η ευθεία - περιβάλλουσα θραύσης (Mohr-Coulomb) ταυτίζεται σε κάποιο σημείο (ανάλογα με την σ3) με την καμπύλη (Hoek & Brown). Εκεί υπολογίζεται το c και φ.

Θραύση του άρρηκτου βράχου Τιμές ανεμπόδιστης θλίψης σci (UCS) Η αντοχή ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

σε μονοαξονική φόρτιση εξαρτάται από: σc (MPa) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ

 Συστατικά ορυκτά Πολύ υψηλή αντοχή >200 Χαλαζίτης, δολερίτης, γάββρος, βασάλτης  Τρόπος σύνδεσης (δομή) Μάρμαρο, γρανίτης, γνεύσιος, 100-200

Υψηλή αντοχή

ασβεστόλιθος «κλείδωμα» κόκκωνσυγκόλληση Ψαμμίτης, μαρμαρυγιακός σχιστόλιθος,

Μέση αντοχή

60-100

Χαμηλή αντοχή

20-60

Ψαμμίτης μέτρια συνεκτικός, τόφφος, ιλυόλιθος, αργιλικός σχιστόλιθος

Πολύ χαμηλή αντοχή

<20

Ιλυόλιθος, αργιλικός σχιστόλιθος, κρητίς, ορυκτό αλάτι, αποσαθρωμένα πετρώματα

<20

Μαλακοί βράχοι

Έδαφος

μαργαϊκός ασβεστόλιθος

Από E. Hoek & P. Marinos, 2000

Τιμή σταθεράς mi ανά πέτρωμα

Κριτήριο αστοχίας Hoek – Brown για τον άρρηκτο βράχο 200 180 160

σci = 50MPa mi=17

140

σ1 (MPa)

120 100 80 60 40 20

σci

0 -5

σt 0

15 σ3 (MPa)

Επίδραση σταθεράς υλικού mi 300 mi=4

250

mi=17 mi=28

σ1 (MPa)

200 150 100 50 0 -20

-10

Μεταβάλλει κυρίως την κλίση (γωνία τριβής)30 10 20 40

-50 σ3 (MPa)

Επίδραση σci 350 σci=5 300

σci=30 σci=100

250

σ1 (MPa)

200 150 100 50 0 -10

-50 σ3 (MPa)

Πάμε λοιπόν στην άσκηση Β…

ΑΝΤΟΧΗ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Γενικευμένο κριτήριο αστοχίας Hoek & Brown για βραχόμαζες:

Κριτήριο αστοχίας Hoek & Brown για άρρηκτο βράχο:

 σ3  σ1  σ 3  σ ci  m b  s   σ ci 

 σ3  σ1  σ 3  σ ci  mi  1  σ ci 

0.5

Κριτήριο αστοχίας Mohr - Coulomb

Απομειωμένα ανάλογα με το πόσο «απέχει» η βραχόμαζα από τον άρρηκτο βράχο…

       1   3 tan  45    2c tan 45   2 2   2

0.5

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ  Εμπειρικές μέθοδοι «ποσοτικοποίησης» της ποιότητας της βραχόμαζας, με βάση κάποια χαρακτηριστικά της, όπως:  Δομή - κερματισμός, αντοχή άρρηκτου βράχου, ποιότητα και πλήθος ασυνεχειών, παρουσία νερού κλπ. ► ► ►

QNGI (Barton 1974) RMR (Bieniawski 1979) Γεωλογικός Δείκτης Αντοχής GSI (Hoek & Marinos 2000)* GSI

Α: Δομή

Β: Κατάσταση ασυνεχειών

*Το σύστημα GSI χρησιμοποείται ευρέως σε όλο τον κόσμο και ιδιαίτερα στην Ελλάδα. Αποτελεί τμήμα των προδιαγραφών μελέτης και κατασκευή των έργων του Μετρό, της Εγνατίας Οδού, των έργων Οδοποιίας και Σιδηροδρόμου. Θεμελιώθηκε σε πολλές περιπτώσεις ασθενών βραχομαζών που αντιμετωπίστηκαν κατά τη μελέτη και κατασκευή τεχνικών έργων τις τελευταίες 2 δεκαετίες στην Ελλάδα.

ΑΝΤΟΧΗ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Για να προσδιορίσουμε την αντοχή της βραχόμαζας χρειαζόμαστε τις ακόλουθες παραμέτρους: 1. Αντοχή άρρηκτου βράχου (Εργαστηριακές δοκιμές) • Μονοαξονική θλιπτική αντοχή σci

• Σταθερά υλικού mi 2. Παράγοντες απομείωσης της αντοχής του άρρηκτου βράχου • Βαθμονόμηση της ποιότητας της βραχόμαζας (συστήματα ταξινόμησης, GSI, RMR)

• Διαταραχή της βραχόμαζας κατά την κατασκευή (D)

Κριτήριο αστοχίας Hoek – Brown για την βραχόμαζα Η ταυτότητα της βραχόμαζας • GSI • Μονοαξονική θλιπτική αντοχή σci • Σταθερά υλικού mi

Μέσω του κριτηρίου Hoek and Brown και του GSI βρίσκουμε:  την αντοχή (συνοχή c και γωνία τριβής φ)  την παραμορφωσιμότητα Ε

Τύποι δομών βραχόμαζας

ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ GSI Άρρηκτο πέτρωμα

Γενικώς ισότροπη, ψαθυρή, ελαστική συμπεριφορά στα σκληρά πετρώματα

Άρρηκτο πέτρωμα με μία ασυνέχεια

Εντελώς ανισότροπη εξαρτάται από τον προσανατολισμό και την διατμητική αντοχή της ασυνέχειας

Τεμαχισμένη βραχόμαζα από τρεις ορθογωνίως τεμνόμενες ασυνέχειες

Ανισότροπη ανάλογα με τον αριθμό, προσανατολισμό, εμμονή και αντοχή των ασυνεχειών

Πολύ τεμαχισμένη βραχόμαζα από τέσσερις ή περισσότερες ασυνέχειες

Ευλόγως ισότροπη, έντονα διαστελλόμενη σε χαμηλές τάσεις, με θραύση των τεμαχιδίων σε υψηλές τάσεις

Στρωματώδης αλλά κερματισμένη και διαταραγμένη

Ανισότροπη ανάλογα με τον κερματισμό των επιπέδων στρώσης ή της σχιστότητας και της αντοχής των ασυνεχειών

Αποδομημένη βραχόμαζα

Ευλόγως ισότροπη

Φυλλώδης/ Διατμημένη

Ευλόγως ισότροπη, μικρή διαφορά μεταξύ αντοχών πετρώματος και ασυνεχειών. Θραύση τεμαχών ακόμη και σε χαμηλές τάσεις

ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Άρρηκτο πέτρωμα

Τύποι δομών βραχόμαζας

ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ GSI Άρρηκτο πέτρωμα

Γενικώς ισότροπη, ψαθυρή, ελαστική συμπεριφορά στα σκληρά πετρώματα

Άρρηκτο πέτρωμα με μία ασυνέχεια

Εντελώς ανισότροπη εξαρτάται από τον προσανατολισμό και την διατμητική αντοχή της ασυνέχειας

Τεμαχισμένη βραχόμαζα από τρεις ορθογωνίως τεμνόμενες ασυνέχειες

Ανισότροπη ανάλογα με τον αριθμό, προσανατολισμό, εμμονή και αντοχή των ασυνεχειών

Πολύ τεμαχισμένη βραχόμαζα από τέσσερις ή περισσότερες ασυνέχειες

Ευλόγως ισότροπη, έντονα διαστελλόμενη σε χαμηλές τάσεις, με θραύση των τεμαχιδίων σε υψηλές τάσεις

Στρωματώδης αλλά κερματισμένη και διαταραγμένη

Ανισότροπη ανάλογα με τον κερματισμό των επιπέδων στρώσης ή της σχιστότητας και της αντοχής των ασυνεχειών

Αποδομημένη βραχόμαζα

Ευλόγως ισότροπη

Φυλλώδης/ Διατμημένη

ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ

Την ευστάθεια του πρανούς θα καθορίσει η αντοχή των ασυνεχειών.

Δεν έχει νόημα να χρησιμοποιήσουμε ταξινόμηση, το υλικό είναι αυστηρά ανισότροπο.

Τύποι δομών βραχόμαζας

ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ GSI Άρρηκτο πέτρωμα

Γενικώς ισότροπη, ψαθυρή, ελαστική συμπεριφορά στα σκληρά πετρώματα

Άρρηκτο πέτρωμα με μία ασυνέχεια

Εντελώς ανισότροπη εξαρτάται από τον προσανατολισμό και την διατμητική αντοχή της ασυνέχειας

Τεμαχισμένη βραχόμαζα από τρεις ορθογωνίως τεμνόμενες ασυνέχειες

Ανισότροπη ανάλογα με τον αριθμό, προσανατολισμό, εμμονή και αντοχή των ασυνεχειών

Πολύ τεμαχισμένη βραχόμαζα από τέσσερις ή περισσότερες ασυνέχειες

Ευλόγως ισότροπη, έντονα διαστελλόμενη σε χαμηλές τάσεις, με θραύση των τεμαχιδίων σε υψηλές τάσεις

Στρωματώδης αλλά κερματισμένη και διαταραγμένη

Ανισότροπη ανάλογα με τον κερματισμό των επιπέδων στρώσης ή της σχιστότητας και της αντοχής των ασυνεχειών

Αποδομημένη βραχόμαζα

Ευλόγως ισότροπη

Φυλλώδης/ Διατμημένη

ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Τεμαχισμένη βραχόμαζα

Ο προσανατολισμός των ασυνεχειών είναι τέτοιος που δεν ευνοεί ολίσθηση του πρανούς κατά μήκος τους

Τύποι δομών βραχόμαζας

ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ GSI Άρρηκτο πέτρωμα

Γενικώς ισότροπη, ψαθυρή, ελαστική συμπεριφορά στα σκληρά πετρώματα

Άρρηκτο πέτρωμα με μία ασυνέχεια

Εντελώς ανισότροπη εξαρτάται από τον προσανατολισμό και την διατμητική αντοχή της ασυνέχειας

Τεμαχισμένη βραχόμαζα από τρεις ορθογωνίως τεμνόμενες ασυνέχειες

Ανισότροπη ανάλογα με τον αριθμό, προσανατολισμό, εμμονή και αντοχή των ασυνεχειών

Πολύ τεμαχισμένη βραχόμαζα από τέσσερις ή περισσότερες ασυνέχειες

Ευλόγως ισότροπη, έντονα διαστελλόμενη σε χαμηλές τάσεις, με θραύση των τεμαχιδίων σε υψηλές τάσεις

Στρωματώδης αλλά κερματισμένη και διαταραγμένη

Ανισότροπη ανάλογα με τον κερματισμό των επιπέδων στρώσης ή της σχιστότητας και της αντοχής των ασυνεχειών

Αποδομημένη βραχόμαζα

Ευλόγως ισότροπη

Φυλλώδης/ Διατμημένη

ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Πολύ τεμαχισμένη βραχόμαζα

Το υλικό μπορεί να θεωρηθεί ότι συμπεριφέρεται ισότροπα.

Τύποι δομών βραχόμαζας

ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ GSI Άρρηκτο πέτρωμα

Γενικώς ισότροπη, ψαθυρή, ελαστική συμπεριφορά στα σκληρά πετρώματα

Άρρηκτο πέτρωμα με μία ασυνέχεια

Εντελώς ανισότροπη εξαρτάται από τον προσανατολισμό και την διατμητική αντοχή της ασυνέχειας

Τεμαχισμένη βραχόμαζα από τρεις ορθογωνίως τεμνόμενες ασυνέχειες

Ανισότροπη ανάλογα με τον αριθμό, προσανατολισμό, εμμονή και αντοχή των ασυνεχειών

Πολύ τεμαχισμένη βραχόμαζα από τέσσερις ή περισσότερες ασυνέχειες Στρωματώδης αλλά κερματισμένη και διαταραγμένη

Ευλόγως ισότροπη, έντονα διαστελλόμενη σε χαμηλές τάσεις, με θραύση των τεμαχιδίων σε υψηλές τάσεις

Αποδομημένη βραχόμαζα Φυλλώδης/ Διατμημένη

Ανισότροπη ανάλογα με τον κερματισμό των επιπέδων στρώσης ή της σχιστότητας και της αντοχής των ασυνεχειών Ευλόγως ισότροπη Ευλόγως ισότροπη, μικρή διαφορά μεταξύ αντοχών πετρώματος και ασυνεχειών. Θραύση τεμαχών ακόμη και σε χαμηλές τάσεις

ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Στρωματώδης – διαταραγμένη βραχόμαζα

Η ανισοτροπία εξαρτάται από τη γεωμετρία της πτυχωσης ή της σχιστότητας.

Τύποι δομών βραχόμαζας

ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ GSI Άρρηκτο πέτρωμα

Γενικώς ισότροπη, ψαθυρή, ελαστική συμπεριφορά στα σκληρά πετρώματα

Άρρηκτο πέτρωμα με μία ασυνέχεια

Εντελώς ανισότροπη εξαρτάται από τον προσανατολισμό και την διατμητική αντοχή της ασυνέχειας

Τεμαχισμένη βραχόμαζα από τρεις ορθογωνίως τεμνόμενες ασυνέχειες

Ανισότροπη ανάλογα με τον αριθμό, προσανατολισμό, εμμονή και αντοχή των ασυνεχειών

Ευλόγως ισότροπη, έντονα διαστελλόμενη σε χαμηλές τάσεις, με θραύση των τεμαχιδίων σε υψηλές τάσεις

Αποδομημένη βραχόμαζα Φυλλώδης/ Διατμημένη

ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Αποδομημένη βραχόμαζα

Το υλικό μπορεί να θεωρηθεί ότι συμπεριφέρεται ισότροπα.

Τύποι δομών βραχόμαζας

ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ GSI Άρρηκτο πέτρωμα

Γενικώς ισότροπη, ψαθυρή, ελαστική συμπεριφορά στα σκληρά πετρώματα

Άρρηκτο πέτρωμα με μία ασυνέχεια

Εντελώς ανισότροπη εξαρτάται από τον προσανατολισμό και την διατμητική αντοχή της ασυνέχειας

Τεμαχισμένη βραχόμαζα από τρεις ορθογωνίως τεμνόμενες ασυνέχειες

Ανισότροπη ανάλογα με τον αριθμό, προσανατολισμό, εμμονή και αντοχή των ασυνεχειών

Ευλόγως ισότροπη, έντονα διαστελλόμενη σε χαμηλές τάσεις, με θραύση των τεμαχιδίων σε υψηλές τάσεις Ανισότροπη ανάλογα με τον κερματισμό των επιπέδων στρώσης ή της σχιστότητας και της αντοχής των ασυνεχειών

Αποδομημένη βραχόμαζα

Ευλόγως ισότροπη

Φυλλώδης/ Διατμημένη

ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Διατμημένη βραχόμαζα

Το υλικό μπορεί να θεωρηθεί ότι συμπεριφέρεται ισότροπα.

Τύποι δομών βραχόμαζας

ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ GSI Άρρηκτο πέτρωμα

Γενικώς ισότροπη, ψαθυρή, ελαστική συμπεριφορά στα σκληρά πετρώματα

Άρρηκτο πέτρωμα με μία ασυνέχεια

Εντελώς ανισότροπη εξαρτάται από τον προσανατολισμό και την διατμητική αντοχή της ασυνέχειας

Τεμαχισμένη βραχόμαζα από τρεις ορθογωνίως τεμνόμενες ασυνέχειες

Ανισότροπη ανάλογα με τον αριθμό, προσανατολισμό, εμμονή και αντοχή των ασυνεχειών

Αποδομημένη βραχόμαζα

Ευλόγως ισότροπη

Φυλλώδης/ Διατμημένη

Σύστημα ταξινόμησης βραχόμαζας GSI Η τιμή της βαθμονόμησης προκύπτει ως συνδυασμός: i.

της δομής και

ii. της ποιότητας των ασυνεχειών

GSI=60-70

Δεν έχει νόημα μοναδική τιμή – πιο ρεαλιστικό το εύρος, π.χ. 35-40

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ ΔΙΑΤΑΡΑΞΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ D

ΑΝΤΟΧΗ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Γενικευμένο κριτήριο αστοχίας Hoek & Brown για βραχόμαζες: a

 σ3  σ1  σ 3  σ ci  m b  s   σ ci 

GSI  100   mb  mi  exp   mi  28  14 D 

GSI  100   s  exp  1  9  3D 

1 1 GSI /15 20 / 3 a   e  e   0 .5 2 6

Σύγκριση των δύο περιπτώσεων Κριτήριο αστοχίας Hoek - Brown σ1 (MPa)

80 70

Intact Rock 60 50

Rockmass

40 30 20

GSI = 80 σci = 30MPa mi = 12

σci

σcm

0 -4

-2

0 -10

σ3 (MPa)

Μέτρο Ελαστικότητας Βραχόμαζας Hoek, Carranza-Torres, Corkum, 2002

D s ci (MPa) Em (GPa) = (1- ) ´10(GSI -10)/40 2 100 Hoek, Diederich, 2006

Em  E( i 0.02 

1 D / 2 1 e

)

((60 15DGSI ) /11)

Μέτρο Ελαστικότητας άρρηκτου βράχου

ΕΦΑΡΜΟΓΉ GSI  Με το GSI εκφράζεται αριθμητικά η απομείωση των σταθερών του υλικού ανάλογα με τη ρωγμάτωση της βραχόμαζας  Σημαντικό στοιχείο στην επίλυση του κριτηρίου θραύσης Hoek and Brown (Η πρόσφατη επίλυση του κριτηρίου Hoek and Brown γίνεται με το πρόγραμμα Roclab που μπορεί να αναζητηθεί ελεύθερα στο διαδίκτυο, www.rocscience.com).

 Προσδιορισμός αντιπροσωπευτικών τιμών των παραμέτρων σχεδιασμού των τεχνικών έργων σε περιβάλλον ρωγματωμένων βράχων

ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Πεδίο παρατήρησης και προεκβολή πληροφορίας  Οπτική εξέταση από επιφανειακές εμφανίσεις, εκσκαφές, μέτωπα σηράγγων ή πυρήνες γεωτρήσεων  Η εκτίμηση του GSI από γεωτρήσεις είναι αξιόπιστη αρκεί να προεκβάλεται στις τρείς διαστάσεις, βάσει γνώσης του γεωλογικού μοντέλου της ευρύτερης περιοχής, η γραμμική πληροφορία των πυρήνων.

ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI  Πεδίο παρατήρησης και προεκβολή πληροφορίας Πρανή ορυγμάτων: Αποτίμηση εκείνης της βραχόμαζας μέσα από την οποία εκτιμάται ότι διέρχεται η επιφάνεια θραύσης. Αν υπάρχουν ¨νησίδες¨άλλης ποιότητας υλικού απ’αυτό που επικρατεί, το GSI διορθώνεται κατά κρίση. Δεν συνίσταται η εξαγωγή μέσων όρων.

ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI  Πεδίο παρατήρησης και προεκβολή πληροφορίας Σήραγγες: Εκτίμηση της βραχόμαζας που θα φέρει τα φορτία (ζώνη μίας περίπου διαμέτρου). Αν εκτιμάται ότι πιο πτωχή ποιότητας βραχόμαζα μπορεί να απαντάται σε καίριες θέσεις συγκέντρωσης τάσεων τότε συνίσταται οι τιμές του GSI να αντιστοιχούν στην ποιότητα αυτή. Η προεκβολή της πληροφορίας στο βάθος από επιφανειακές εμφανίσεις γίνεται, με γεωλογική πάντα κρίση, με μετακίνηση του δείκτη προς τα πάνω και ελαφρά προς τα αριστερά. Τα παραπάνω δεν ισχύουν για βραχόμαζες με δομή μυλονιτιωμένου ή διατμημένου υλικού (δύο τελευταίες σειρές του διαγράμματος).

INTACT OR MASSIVE - Άρρηκτα βραχώδη τεμάχη ή άστρωτος βράχος με λίγες ασυνέχειες σε μεγάλη απόσταση BLOCKY - Αδιατάρακτη βραχόμαζα με πολύ καλό αλληλοκλείδωμα που αποτελείται από κυβικά τεμάχη οριζόμενα από τρεις ορθογώνια τεμνόμενες οικογένειες ασυνεχειών

N/A

DISINTEGRATED - Ισχυρά κερματισμένη βραχόμαζα με πτωχό αλληλοκλείδωμα και με ταυτόχρονη παρουσία γωνιωδών και αποστρογγυλωμένων τεμαχών LAMINATED/SHEARED - Φυλλώδης ή σχιστοποιημένη και τεκτονικώς διατμημένη ασθενής βραχόμαζα. Η σχιστότητα επικρατεί έναντι οποιασδήποτε άλλης οικογένειας ασυνεχειών εμποδίζοντας την δημιουργία γωνιωδών τεμαχών

N/A

80 70 60

VERY BLOCKY- Μερικώς διαταραγμένη βραχόμαζα με πολύπλευρα γωνιώδη τεμάχη (blocks) που σχηματίζονται από τέσσερις ή περισσότερες οικογένειες ασυνεχειών BLOCKY/DISTURBED/SEAMY Πτυχωμένη με γωνιώδη τεμάχη που σχηματίζονται απο πολλές αλληλοτεμνόμενες οικογένειες ασυνεχειών. Εμμονή στρώσης ή σχιστότητας

ΜΕΤΡΙΑ Λείες, μετρίως αποσαθρωμένες και εξαλλοιωμένες επιφάνειες

ΚΑΛΗ Τραχείες, ελαφρά αποσαθρωμένες και οξειδωμένες επιφάνειες

ΠΟΛΥ ΚΑΛΗ Πολύ τραχείες, μη αποσαθρωμένες επιφάνειες

ΜΕΙΟΥΜΕΝΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ

ΔΟΜΗ ΜΕΙΟΥΜΕΝΟ ΑΛΛΗΛΟΚΛΕΙΔΩΜΑ ΤΩΝ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΤΕΜΑΧΩΝ

Προεκβολή της γεωλογικής πληροφορίας στο βάθος από επιφανειακές εμφανίσεις

Βασιζόμενοι στην εμφάνιση της βραχόμαζας (περιγραφή δομής και κατάσταση επιφάνειας ασυνεχειών) εκτιιμήστε τη μέση τιμή του GSI, χωρίς υποχρεωτικά μεγάλη ακρίβεια. Το να επιλέξετε ενα εύρος τιμών από 33 ως 37 είναι πιο ρεαλιστικό από το να δήλώσετε ότι GSΙ=35. Σημειώνεται ότι ο Πίνακας δεν εφαρμόζεται σε κινηματικά ελεγχόμενες αστάθειες . Στην περίπτωση που οι ασθενείς επίπεδες επιφάνειεςέχουν μη ευνοϊκό προσανατολίσμο σε σχέση με το πρανές εκσκαφής, τότε αυτές καθορίζουν την συμπεριφορά της βραχόμαζας. Η διατμητική αντοχή επιφανειών σε βράχους που υπόκεινται σε εξασθένιση λόγω διακύμανσης της περιεκτικότητας σε υγρασία, είναι περαιτέρω μειωμένη όταν υπάρχει νερό. Οταν, οι βραχόμαζες ανήκουν στις μέτριες έως πτωχές κατηγορίες και υπάρχει νερό τότε μετακινούμαστε προς τα δέξια. Η υδροστατική πιέση λαμβάνεται υπόψη με την ανάλυση ενεργών τάσεων.

ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ

(Hoek and Marinos, 2000)

ΠΤΩΧΗ Επιφάνειες ολίσθησης, πολύ αποσαθρωμένες με συμπαγή επιφλοιώματα ή υλικό πλήρωσης με γωνιώδη θραύσματα ΠΟΛΥ ΠΤΩΧΗ Επιφάνειες ολίσθησης πολύ αποσαθρωμένες με μαλακό αργιλικό υλικό πλήρωσης

ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΕ ΡΗΓΜΑΤΩΜΕΝΟΥΣ ΒΡΑΧΟΥΣ

10 N/A

N/A

ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI  Άνοιγμα ασυνεχειών: Η χαλάρωση της βραχόμαζας αξιολογείται από την παράμετρο βαθμού διαταραχής D (Hoek, Carranza-Torres and Corkum,2002) του κριτηρίου θραύσης Hoek and Brown της βραχόμαζας λόγω χρήσης ανατινάξεων ή λόγω χαλάρωσης (από 0 για αδιατάρακτη, έως 1 για πολύ διαταραγμένη βραχόμαζα) και όχι μέσω GSI.  Ασυνέχειες με υλικό πλήρωσης: Πτωχή κατάσταση ασυνεχειών στον βασικό πίνακα GSI Άν είναι συστηματικό και παχύ συνίσταται η χρήση του πίνακα GSI για ετερογενείς βραχόμαζες (φλύσχη)

ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Αποσαθρωμένη βραχόμαζα  Πιο δεξιές θέσεις στον πίνακα απ’ ότι στην μη αποσαθρωμένη.  Αν η αποσάθρωση έχει προχωρήσει και στη θεμελιώδη μάζα αλλά η δομή παραμένει, τότε θα πρέπει να μειώνονται ανάλογα και οι σταθερές του γεωϋλικού (σ ci , m i ).  Άν η αποσάθρωση έχει εξαφανίσει τη λογική των ασυνεχειών τότε η αντοχή του γεωϋλικού θα πρέπει να υπολογίζεται με τη λογική του εδάφους.

N/A

80 70 60

ΜΕΤΡΙΑ Λείες, μετρίως αποσαθρωμένες και εξαλλοιωμένες επιφάνειες

ΚΑΛΗ Τραχείες, ελαφρά αποσαθρωμένες και οξειδωμένες επιφάνειες

ΠΟΛΥ ΚΑΛΗ Πολύ τραχείες, μη αποσαθρωμένες επιφάνειες

ΜΕΙΟΥΜΕΝΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ

ΔΟΜΗ ΜΕΙΟΥΜΕΝΟ ΑΛΛΗΛΟΚΛΕΙΔΩΜΑ ΤΩΝ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΤΕΜΑΧΩΝ

Διόρθωση τιμής GSI λόγω αποσάθρωσης

ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ

(Hoek and Marinos, 2000)

ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΕ ΡΗΓΜΑΤΩΜΕΝΟΥΣ ΒΡΑΧΟΥΣ

10 N/A

N/A

ΣΥΣΤΆΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Συσχέτιση με άλλους δείκτες συστημάτων ταξινόμησης: Δεν συνιστάται η συσχέτιση του GSI με άλλους δείκτες για τις φτωχές και ετερογενείς βραχόμαζες αλλά η απ ’ ευθείας εξαγωγή του GSI από άμεση παρατήρηση.

ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΊ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Παρουσία νερού  Επίδραση σε βραχόμαζες όπου η κατάσταση των ασυνεχειών είναι επιδεικτική σε εξασθένιση από μεταβολές της περιεχόμενης υγρασίας και οδηγεί στη μείωση της διατμητικής αντοχής των ασυνεχειών.  Αναφέρεται στις 3 τελευταίες κολώνες και συνίσταται μετακίνηση του δείκτη προς τα δεξιά.  Η πίεση του νερού λαμβάνεται υπ’όψη ανεξάρτητα, στην ανάλυση κατά τον σχεδιασμό και όχι μέσα από το GSI (ανάλυση ενεργών τάσεων).

N/A

80 70 60

ΜΕΤΡΙΑ Λείες, μετρίως αποσαθρωμένες και εξαλλοιωμένες επιφάνειες

ΚΑΛΗ Τραχείες, ελαφρά αποσαθρωμένες και οξειδωμένες επιφάνειες

ΠΟΛΥ ΚΑΛΗ Πολύ τραχείες, μη αποσαθρωμένες επιφάνειες

ΜΕΙΟΥΜΕΝΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ

ΔΟΜΗ ΜΕΙΟΥΜΕΝΟ ΑΛΛΗΛΟΚΛΕΙΔΩΜΑ ΤΩΝ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΤΕΜΑΧΩΝ

Διόρθωση τιμής GSI λόγω παρουσίας νερού

ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ

(Hoek and Marinos, 2000)

ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΣΕ ΡΗΓΜΑΤΩΜΕΝΟΥΣ ΒΡΑΧΟΥΣ

10 N/A

N/A

ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΊ ΕΦΑΡΜΟΓΉΣ GSI Ανισοτροπία  Δεν εφαρμόζεται το GSI σε περιπτώσεις όπου η βραχόμαζα συμπεριφέρεται ανισότροπα και η αστοχία λαμβάνει χώρα σε προτιμητέες διευθύνσεις αστοχίας  Δεν τίθεται το παραπάνω δίλημμα για βραχόμαζες με δομή σαν αυτή της 6ης σειράς (διατμημένη βραχόμαζα) διότι η διαφορά της αντοχής μεταξύ θεμελιώδους μάζας και ασυνέχειας είναι μικρή

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΕΩΝ GSI

Βιβλιογραφία Άσκησης  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