ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ_ ΆΣΚΗΣΗ 9_2012-13 by eng geo

Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 9η Άσκηση Εκτίµηση συγκλίσεων και µέτρων άµεσης υποστήριξης. Γεωτεχνική ταξινόµηση RMR και GSI κατά µήκος σήραγγας.

Β.Χρηστάρας Β. Μαρίνος Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ 9η Άσκηση Σκοπός άσκησης: Η άσκηση επικεντρώνεται: •  Στην εκτίµηση RMR-GSI κατά µήκος σήραγγας. •  Στην εκτίµηση µέτρων υποστήριξης από το RMR. •  Στον υπολογισµό συγκλίσεων και καθοδήγηση µέτρων άµεσης υποστήριξης από την αντοχή της βραχόµαζας και τις επιτόπου τάσεις.

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR (Rock Mass Rating) •  Το σύστηµα RMR προτάθηκε από τον Bieniawski (1973, 1976) για να λάβει την τελική µορφή του, δίχως ωστόσο σηµαντικές διαφοροποιήσεις, από τον Bieniawski (1989). RMR = R1 + R2 + R3 +R4 + R5 + R6 •  Καθεµία παράµετρος βαθµονοµείται χωριστά και η τελική τιµή του δείκτη RMR, η οποία κυµαίνεται από 0 έως 100, προκύπτει ως άθροισµα των επιµέρους δεικτών.

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR •  Οι παράµετροι και οι αντίστοιχοι δείκτες που χρησιµοποιούνται στο σύστηµα RMR είναι οι εξής: •  Δείκτης R1: Αντοχή του άρρηκτου βράχου (σci). •  Δείκτης R2: Δείκτης ποιότητας της βραχόµαζας RQD. •  Δείκτης R3: Απόσταση µεταξύ των ασυνεχειών. •  Δείκτης R4: Κατάσταση των επιφανειών των ασυνεχειών. •  Δείκτης R5: Συνθήκες υπόγειου νερού. •  Δείκτης R6: Προσανατολισµός των ασυνεχειών σε σχέση µε τη φορά διάνοιξης της σήραγγας.

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR Αντοχή του συµπαγούς πετρώµατος σε µονοαξονική θλίψη (σci) Αντοχή σci (MPa)

Βαθµολογία R1

>250

100-250

12-15

50-100

7-12

25-50

4-7

5-25

2-4

1-5

1-2

0 Τιµή του δείκτη R1

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR Δείκτης κερµατισµού της βραχόµαζας (RQD) RQD (%)

Βαθµολογία R2

>90

75-90

17-20

50-75

13-17

25-50

8-13

<25

3 Τιµή του δείκτη R2

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR Απόσταση µεταξύ των ασυνεχειών Απόσταση (m)

Βαθµολογία R3

0.6-2

15-20

0.2-0.6

10-15

0.06-0.2

8-10

<0.06

5 Τιµή του δείκτη R3

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR Κατάσταση των επιφανειών των ασυνεχειών Κατάσταση επιφανειών ασυνεχειών

Βαθµολογία R4

Πολύ τραχείες, χωρίς εξαλλοίωση

Ελαφρώς τραχείες, ελαφρά εξαλλοιωµένες, υλικό πλήρωσης <1mm

Ελαφρώς τραχείες, πολύ εξαλλοιωµένες, υλικό πλήρωσης <1mm

Λείες ή γυαλιστερές (slickensided), υλικό πλήρωσης 1-5mm

Υλικό πλήρωσης πάχους άνω των 5mm

Τιµή του δείκτη R4

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR Παρουσία υπόγειου νερού Παρουσία υπόγειου νερού

Βαθµολογία R5

Καθόλου νερό

Παρουσία υγρασίας

Υγρές επιφάνειες

Στάγδην

Με ροή

0 Τιµή του δείκτη R5

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR RMR = R1 + R2 + R3 +R4 + R5 + R6 Κατάταξη βραχόµαζας Περιγραφή Βραχόµαζας

Κατηγορία Βραχόµαζας

Τιµές του δείκτη RMR

Πολύ καλή

81-100

Καλή

ΙΙ

61-80

Μέτρια

ΙΙΙ

41-60

Φτωχή

ΙV

21-40

Πολύ φτωχή

0-20

Πίνακας τελικής κατάταξης ποιότητας βραχόµαζας ανάλογα µε την τελική τιµή του RMR σε κατηγορίες

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR •  Επισηµαίνεται ότι εάν η βαθµονόµηση RMR χρησιµοποιείται για την εκτίµηση µέτρων άµεσης υποστήριξης κατά τη διάνοιξη σηράγγων, τότε λαµβάνονται υπόψη όλοι οι όροι του RMR, ενώ στην περίπτωση που χρησιµοποιείται για την πο σ οτ ι κοπο ί η σ η των παραµ έ τ ρων τ η ς βραχόµαζας, τότε λαµβάνονται υπόψη µόνο οι τέσσερις πρώτοι όροι (στον όρο του υπογείου νερού θεωρούνται ξηρές συνθήκες, R5=15 και στον όρο του προσανατολισµού των ασυνεχειών θεωρείται µηδενική τιµή R6=0).

Διεύθυνση κάθετη στον άξονα της σήραγγας Προχώρηση σύµφωνα Προχώρηση αντίθετα µε την κλίση µε την κλίση Κ λ ί σ η Κ λ ί σ η Κ λ ί σ η Κ λ ί σ η 450-900 200-450 450-900 200-450 Π ο λ ύ Ευνοϊκή Μέτρια Δυσµενής ευνοϊκή Κ λ ί σ η Δυσµενής ανεξάρτητα από τη διεύθυνση 00-200

Διεύθυνση παράλληλη στον άξονα της σήραγγας Κ λ ί σ η Κ λ ί σ η 450-900 200-450 Π ο λ ύ Μέτρια δυσµενής

Πίνακας σηµασίας του προσανατολισµού ασυνεχειών σε σήραγγα (Wickham et al) Προσανατολισµός των ασυνεχειών σε σχέση µε τη φορά διάνοιξης του έργου Προσανατολισµός Δείκτης R6 ασυνεχειών Πολύ ευµενής 0 Ευµενής -2 Αδιάφορος -5 Δυσµενής -10 Πολύ δυσµενής -15

Τιµή του δείκτη R6

Προτάσεις υποστήριξης σε Σήραγγες, ανάλογα µε την τιµή του RMR.

Διατµητική αντοχή της βραχόµαζας Το εργαλείο: Η χρήση του συστήµατος τ α ξ ι ν ό µ η σ η ς βραχόµαζας GSI

Δείκτης Γεωλογικής Αντοχής GSI (Hoek & Marinos, 2000)

Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόµαζες Φλύσχη § Σύνθετη βραχόµαζα § Εναλλαγές ικανών - µεγάλης γενικά αντοχής στρωµάτων και µη ικανών - µικρής γενικά αντοχής στρωµάτων § Έντονη γενικά στρωσιγένεια µε µεγάλη εµµονή § Π ο ι κ ί λα πά χ η σ τ ρ ω µ ά τω ν ( λ ε π το σ τ ρ ω µ α τώ δ η ς δ ο µ ή κλίµακας cm έως παχυστρωµατώδης κλίµακας µέτρων) § Τεκτονική διαταραχή που µεταβάλλει την αρχική δοµή και µπορεί να δηµιουργήσει τεκτονικά µίγµατα και χαοτικές δοµές § Ασθενής βραχόµαζα § Παρουσία αργιλικών πετρωµάτων § Έντονη τεκτονική καταπόνηση που υποβαθµίζει την όποια αρχική ποιότητα της βραχόµαζας § Αποσάθρωση των ιλυολιθικών - αργιλικών µελών και επιδεκτικότητα αυτών στο φαινόµενο της σχιστοποίησης σχάσης § Επίδραση του νερού που είναι σηµαντική για τα ιλυολιθικά αργιλικά µέλη του σχηµατισµού

Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόµαζες Φλύσχη

Γεωτεχνική Ταξινόµηση GSI για τον φλύσχη Διακριτοποίηση τύπων βραχόµαζας Φλύσχη

Ι. Γεωτεχνική Ταξινόµηση GSI για τον φλύσχη Διακριτοποίηση τύπων βραχόµαζας Φλύσχη

Σηµείωση: Στρώµατα κροκαλοπαγών δεν συµπεριλαµβάνονται στις εναλλαγές καθώς αποτελούν ξεχωριστή ενότητα µέσα στον σχηµατισµό.

Γεωτεχνική Ταξινόµηση GSI για τον φλύσχη Διακριτοποίηση τύπων βραχόµαζας Φλύσχη

Νέο Σύστηµα Ταξινόµησησ GSI Για ετερογενείσ βραχόµαζεσ – Εδώ Φλύσχησ

Γεωτεχνικές ταξινοµήσεις GSI – RMR- Q •  Το σύστηµα GSI δεν υποκαθιστά τα γνωστά RMR ή το Q, αφού αυτά δηµιουργήθηκαν για την εκτίµηση των µέτρων άµεσης υποστήριξης της βραχόµαζας. •  Η κύρια λειτουργία του GSI είναι η εκτίµηση των ιδιοτήτων και των παραµέτρων σχεδιασµού της βραχόµαζας εκεί όπου έχει εφαρµογή το κριτήριο αστοχίας Hoek - Brown.

Κατηγορίεσ Τεχνικογεωλογικήσ Συµπεριφοράσ

Εκτίµηση Συγκλίσεων στις σήραγγες 1.  Εκτιµάται µέσω του λόγου σcm/po. •  σcm: Mονοαξονική αντοχή βραχόµαζας •  po: Επιτόπου κατακόρυφη τάση 2.  Υπολογισµός σcm. Απαιτούνται (Βλέπε σχετικό διάγραµµα): •  GSI •  σci •  mi 3.  Υπολογισµός po •  Θεωρούµε po=γ*Η (όπου γ το ειδικό βάρος και Η το πάχος των υπερκείµενων-βάθος σήραγγας)

Πρώτη εκτίµηση της αναµενόµενης παραµόρφωσης σε σήραγγα και των απαιτούµενων προσωρινών µέτρων υποστήριξης

Eπιτόπου τάση po = γ * Η , γ: ειδικό βάρος υλικού (π.χ. 0,025 ΜΝ/m3) H: το πάχος των υπερκειµένων (βάθος σήραγγας στο σηµείου υπολογισµού)

Hoek and Marinos, 2000

Ε κ τ ί µ η σ η Συγκλίσεων στις σήραγγες. Αρχικά πρέπει να υπολογίσεται την αντοχή της βραχόµαζας (σcm) Χρειάζονται: •  GSI •  σci •  mi

Παράδειγµα: Αν δίνονται: •  GSI=20 •  σci=15 MPa •  mi=15 •  H (βάθος σήραγγας) =200m •  γ=0,025 MN/m3 •  Διάµετρος σήραγγας=12m

σcm/σci=0,1 Άρα σcm=0,1*σci σcm=0,1*σci=1,5 MPa

Εκτίµηση Συγκλίσεων στις σήραγγες Παράδειγµα (....συνέχεια) Eπιτόπου τάση po = γ * Η , γ: ειδικό βάρος υλικού (π.χ. 0,025 ΜΝ/m3) H: το πάχος των υπερκειµένων=200m (βάθος σήραγγας στο σηµείου υπολογισµού) po = γ * Η = 5 Mpa Άρα σcm/po=1,5/5 = 0,3…~ε=2,2% παραµόρφωση (περιοχή Β) ε=σύγκλιση/διάµετρο σήραγγας Σύγκλιση=παραµόρφωση*διάµετρος Σύγκλιση=0,022*12 m=0,26m ή 26cm

Hoek and Marinos, 2000

Από την αναµενόµενη παραµόρφωση σε σήραγγα στον τύπο απαιτούµενων προσωρινών µέτρων υποστήριξης

ΑΣΚΗΣΗ 9 A •  •  •  •  •  •  •

‘Εργο : Μεγάλη οδική σήραγγα 12m Διάτρηση : και από τα 2 στόµια Πέτρωµα : Χαλαζίτης Δοµή : Μονοκλινής µε κλίσεις 50º και διεύθυνση κάθετη στη διάτρηση Στρώµατα : πάχους 0.50m Διακλάσεις : 2 κύριες & 1 δευτερεύσουσα ανα 0.40m Ποιότητα διακλάσεων : •  >50m βάθος: ασυνεχείς µε σκληρά τοιχώµατα χωρίς αποσάθρωση και κλειστές σε βάθος •  <50m βάθος: άνοιγµα µέχρι 3mm µε αργιλικό υλικό πλήρωσης λόγω αποσυµπίεσης και αποσάθρωσης •  RQD : •  85% >50m βάθος •  45% <50m βάθος •  Αντοχή σε µονοαξονική θλίψη : 200MPa •  Νερό : •  >50m βάθος: συνθήκες µέτριας πίεσης , γεωστατικές •  <50m βάθος: βραχόµαζα λίγο υγρή

ΑΣΚΗΣΗ 9 Α Ζητούµενα: 1.  Να ταξινοµήσετε την βραχόµαζα κατά µήκος της σήραγγας µε το σύστηµα RMR (βλέπε αντίστοιχους πίνακες στην παρουσίαση). Σηµείωση 1: Εδώ µπορείτε να χρησιµοποιήσετε το RMR καθώς η βραχόµαζα είναι καλής έως πολύ καλής ποιότητας γενικά. 2.  Να εκτιµήσετε τα µέτρα άµεσης υποστήριξης κατά µήκος της σήραγγας χρησιµοποιώντας τις τιµές RMR και τους αντίστοιχους πίνακες (βλέπε παρουσίαση). Σηµείωση 2: Η µέθοδος αυτή, όταν χρησιµοποιείται, χρησιµοποιείται µόνο για καλές έως πολύ καλές βραχόµαζες (RMR>35). Σήµερα, τα µέτρα άµεσης υποστήριξης αναλύονται µέσα από αριθµητικά µοντέλα (µε τη χρήση παραµέτρων διατµητικής αντοχής) και όχι µόνο εµπειρικά.

ΑΣΚΗΣΗ 9 Β Στην ορεινή περιοχή της τοµής µελετάται να διανοιχθεί οδική σήραγγα διαµέτρου 12m στη στάθµη των 400m (απόλυτο υψόµετρο). Γεωλογικά η περιοχή δοµείται, από τους νεότερους στους παλαιότερους σχηµατισµούς, από εναλλαγές ψαµµιτών και ιλυολίθων, ιλυόλιθος µε λεπτές ενστρώσεις ψαµµιτών και ασβεστόλιθους. Έπειτα από τη γεωλογική χαρτογράφηση της περιοχής προέκυψε ότι η σειρά των στρωµάτων διακόπτεται από ένα ρήγµα (Ρ) το οποίο έχει σηµειωθεί µόνο στην επιφάνεια. Επίσης, έχουν χαρτογραφηθεί, όπου αυτό ήταν δυνατό λόγω της πυκνής φυτοκάλυψης, οι επαφές των στρωµάτων που προβάλουν στην επιφάνεια. Για την διερεύνηση των τεχνικογεωλογικών συνθηκών στο βάθος πραγµατοποιήθηκαν αρκετές γεωτρήσεις. Για τους σκοπούς τους άσκησης σας δίνεται η γεώτρηση Γ. Τα αποτελέσµατα της γεώτρησης και των εργαστηριακών δοκιµών που έγιναν στους σχηµατισµούς παρουσιάζονται παρακάτω: Η γεώτρηση Γ συνάντησε: Από την επιφάνεια µέχρι τα 50m εναλλαγές ψαµµιτών και ιλυολίθων, από τα 50 έως τα 125m βάθος ιλυόλιθο µε λεπτές ενστρώσεις ψαµµιτών, από τα 125m µέχρι το τέλος της γεώτρησης ασβεστόλιθο. Η γεώτρηση συνάντησε στα 175m βάθος έντονα κερµατισµένη ζώνη (µυλονιτίωσης) ασβεστολίθου µε RQD=0%.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Τα γεωλογικά στρώµατα διατηρούν σταθερή την παραλληλία και την κλίση τους σε όλη την έκταση της υπό µελέτη περιοχής. Το πάχος του ασβεστόλιθου θεωρείστε το πολύ µεγάλο.

ΑΣΚΗΣΗ 9 Περιγραφή βραχόµαζας: •  Εναλλαγές ψαµµιτών και ιλυολίθων: Μέτρια κερµατισµένη βραχόµαζα (3 οικογένειες ασυνεχειών) µε οµαλές επιφάνειες ασυνεχειών. Η αντοχή σε µονοαξονική θλίψη (σci) του άρρηκτου ψαµµίτη-ιλυολίθου είναι 40MPa. •  Ιλυόλιθος µε λεπτές ενστρώσεις ψαµµιτών: Μέτρια διαταραγµένος µε 3 οικογένειες ασυνεχειών και οµαλές επιφάνειες ασυνεχειών. Στις ζώνες ρηγµάτων παρατηρείται ως έντονα διατµηµένος σχηµατισµός µε φυλλώδη σχιστολιθική δοµή, ολισθηρές επιφάνειες και σχεδόν χαοτικούς χαρακτήρας. Η αντοχή σε µονοαξονική θλίψη (σci) του ιλυολίθου είναι περί τα 20MPa ενώ στις ζώνες διάτµησης είναι 10MPa. •  Ασβεστόλιθος: Μέτρια κερµατισµένος (3 οικογένειες ασυνεχειών) µε τραχείες επιφάνειες ασυνεχειών. Η αντοχή σε µονοαξονική θλίψη (σci) του ασβεστολίθου είναι περί τα 70MPa.

ΑΣΚΗΣΗ 8 Β Ζητούµενα: 1.  Συµπληρώστε το γεωλογικό µοντέλο της σήραγγας. 2.  Ταξινοµήστε τους πιθανούς τύπους βραχόµαζας κατά µήκος της σήραγγας µε το σύστηµα GSI. 3.  Αφού αιτιολογήσετε πρώτα, κατηγοριοποιήστε κατά µήκος της τοµής ποιά θα είναι τα ενδεχόµενα τεχνικογεωλογικά προβλήµατα (π.χ. πτώση σφηνών, αυξηµένες συγκλίσεις, παρουσία νερού κ.α). 4.  Εντοπίστε πού ακριβώς θα παρουσιαστεί η µέγιστη σύγκλιση και υπολογίστε ποιό θα είναι το µέγεθος αυτής χωρίς να έχουν τοποθετηθεί µέτρα άµεσης υποστήριξης ακόµα.

Σηµείωση 2: Χρησιµοποιήστε ότι υλικό κρίνεται απαραίτητο από τα διαγράµµατα-πίνακες που δίνεται στην παρουσίαση της άσκησης.

Βιβλιογραφία ¡  Bieniawski, Z.T. 1989. Engineering rock mass classifications. New York: Wiley. ¡  Hoek, E., Marinos, P., 2000. Predicting tunnel squeezing in weak heterogeneous masses. Tunnels and Tunnelling International, Part 1—November Issue 2000, pp. 45-51; Part 2—December 2000, pp. 34-36. ¡  Marinos, V., Marinos, P., Hoek, E., 2005. The geological strength index: applications and limitations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 64, pp. 55-65. ¡  Marinos V., Fortsakis P., Prountzopoulos G. «Estimation of geotechnical properties and classification of geotechnical behaviour in tunnelling for flysch rock masses» (2011). Proceedings of the 15th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, A. Anagnostopoulos et al. (Eds.), Part 1, pp. 435-440, Athens.