ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ
5η ΑΣΚΗΣΗ:
ΕΞΑΜΗΝΟ: 7ο
ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: Β. ΧΡΗΣΤΑΡΑΣ, Καθηγητής Β. ΜΑΡΙΝΟΣ, Λέκτορας
ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΦΟΙΤΗΤΗ:…………………………………… .………….……………………………………...…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 εκσκαφθεί τεχνητό πρανές µε κλίση 45ο και διεύθυνση (Προσοχή: αυτή είναι η διεύθυνση και όχι η διεύθυνση κλίσης) Β090ο προς τα Νότια. Ο γεωλογικός σχηµατισµός της υπό µελέτη περιοχής είναι ελάχιστα αποσαθρωµένος γνεύσιος. Η τραχύτητα κατά µήκος όλων των ασυνεχειών είναι ίδια. Η διατµητική αντοχή των ασυνεχειών εκφράζεται σε αυτό το στάδιο ανάλυσης από τη γωνία τριβής καθώς η συνοχή θεωρείται µηδέν. Η γωνία τριβής αντιστοιχεί σε τραχεία φυσική ασυνέχεια. Από τις εργαστηριακές δοκιµές που πραγµατοποιήθηκαν σε τεχνητές, λείες (όχι τραχείες), ασυνέχειες του γνευσίου προέκυψε γωνία τριβής 26ο. H επιπλέον τριβή λόγω και της φυσικής τραχύτητας εκτιµήθηκε (από το κριτήριο Barton) ως 8o. Από την επιτόπου τεχνικογεωλογική αναγνώριση της περιοχής που πραγµατοποιήθηκαν στις ασυνέχειες του αποσαθρωµένου γνευσίου προέκυψαν τα παρακάτω στοιχεία. Στοιχεία Γεωµετρικά στοιχεία ασυνεχειών βραχόµαζας
Δεδοµένα – Τιµές Αποτελούµενη από 4 οικογένειες ασυνεχειών:(κλίση / διεύθυνση κλίσης) i. Β (στρώση): 80ο/ 010ο ii. J1 (διάκλαση): 40ο /170ο iii. J2 (διάκλαση): 70ο /280ο iv. J3 (διάκλαση): 80ο /060ο v. J4 (διάκλαση µε πολύ µικρή εµµονή): 35ο/190ο
Υδατικές συνθήκες
Θεωρείστε εδώ ξηρές συνθήκες
Ζητούµενα: 1. Να ελεγχθούν οι πιθανές ανατροπές, επίπεδες και σφηνοειδείς ολισθήσεις που δύναται να εκδηλωθούν στο παραπάνω πρανές. 2. Ποιά θα πρέπει να είναι η νέα κλίση του πρανούς, χωρίς να αλλάξει η διεύθυνση κλίσης, ώστε να αποκλειστούν οι σφηνοειδείς και επίπεδες 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 20 m ενώ η κλίση του πρανούς ψf = 600 (η γεωµετρία του τελικού πρανούς φαίνεται στο παρακάτω σχήµα). Επίσης, εντοπίστηκε κατακόρυφη ρωγµή εφελκυσµού µε βάθος z = 3 m πίσω από τη στέψη του πρανούς. Η διατµητική αντοχή των επιφανειών της στρώσης είναι: • συνοχή c = 45 kPa • γωνία τριβής φ = 34ο. Η πυκνότητα γ (µοναδιαίο βάρος) του ψαµµίτη είναι 25 KN/m3.
Ο συντελεστής ασφαλείας έναντι επίπεδης ολίσθησης δίνεται από τον ακόλουθο τύπο:
F=
c ⋅ A + (W ⋅ cos ψ p −U −V ⋅ sin ψ p )⋅ tan ϕ 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 2/3 αυτής (zw = 2 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 = 3 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) διαρρηγµένη 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 (µε υπολογισµό συντελεστή ασφαλείας) κάνουµε και για τις σφηνοειδείς ολισθήσεις. Σηµείωση 5: Ο υπολογισµός του συντελεστή ασφαλείας F 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). Σε όλες τις σχετικές ασκήσεις θα δουλεύετε µε κύκλο και όχι κώνο καθώς όλες οι ασυνέχειες θα έχουν την ίδια γωνία τριβής. Βιβλιογραφία: •
E.Hoek, & J.W. Bray (1981). Rock Slope Engineering (ISBN 0-419-16010-8)