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

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.

9η Άσκηση

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

Αντοχή του συµπαγούς πετρώµατος σε µονοαξονική θλίψη (σci)

Αντοχή σci (MPa) Βαθµολογία R1

>250 15

100-250 12-15

50-100 7-12

25-50 4-7

5-25 2-4

1-5 1-2

<1 0

Τιµή του δείκτη R1

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR

Τιµή του δείκτη R2

Δείκτης κερµατισµού της βραχόµαζας (RQD)

RQD (%) Βαθµολογία R2

>90 20

75-90 17-20

50-75 13-17

25-50 8-13

<25 3

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR

Τιµή του δείκτη R3

Απόσταση µεταξύ των ασυνεχειών

Απόσταση (m) Βαθµολογία R3

>2 20

0.6-2 15-20

0.2-0.6 10-15

0.06-0.2 8-10

<0.06 5

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR

Τιµή του δείκτη R4

Κατάσταση των επιφανειών των ασυνεχειών

Κατάσταση επιφανειών ασυνεχειών Βαθµολογία R4

Πολύ τραχείες, χωρίς εξαλλοίωση 30

Ελαφρώς τραχείες, ελαφρά εξαλλοιωµένες, υλικό πλήρωσης <1mm 25

Ελαφρώς τραχείες, πολύ εξαλλοιωµένες, υλικό πλήρωσης <1mm 20

Λείες ή γυαλιστερές (slickensided), υλικό πλήρωσης 1-5mm 10

Υλικό πλήρωσης πάχους άνω των 5mm 0

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR

Τιµή του δείκτη R5

Παρουσία υπόγειου νερού

Παρουσία υπόγειου νερού Βαθµολογία R5

Καθόλου νερό 15

Παρουσία υγρασίας 10

Υγρές επιφάνειες 7

Στάγδην 4

Με ροή 0

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR

Κατάταξη βραχόµαζας

Περιγραφή Βραχόµαζας

Κατηγορία Βραχόµαζας

Τιµές του δείκτη RMR

Πολύ καλή Ι 81-100

Καλή ΙΙ 61-80

Μέτρια ΙΙΙ 41-60

Φτωχή ΙV 21-40

Πολύ φτωχή V 0-20

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

Ταξινόµηση Βραχόµαζας RMR

RMR = R1 + R2 + R3 +R4 + R5 + R6

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 ποσοτ ικοπο ίηση των παραµ έ τρων της 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).

Πίνακας σηµασίας του προσανατολισµού ασυνεχειών σε σήραγγα (Wickham et al)

Διεύθυνση κάθετη στον άξονα της σήραγγας Διεύθυνση παράλληλη στον άξονα της σήραγγας

Προχώρηση σύµφωνα µε την κλίση

Προχώρηση αντίθετα µε την κλίση

Κ λ ί σ η 450-900

Κ λ ί σ η 200-450

Κ λ ί σ η 450-900

Κ λ ί σ η 200-450

Κ λ ί σ η 450-900

Κ λ ί σ η 200-450

Π ο λ ύ ευνοϊκή Ευνοϊκή Μέτρια Δυσµενής Π ο λ ύ

δυσµενής Μέτρια

Κ λ ί σ η 00-200 Δυσµενής ανεξάρτητα από τη διεύθυνση

Προσανατολισµός των ασυνεχειών σε σχέση µε τη φορά διάνοιξης του έργου Προσανατολισµός

ασυνεχειών Δείκτης R6

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 τ ο υ σ υ σ τ ή µ α τ ο ς τ α ξ ι ν ό µ η σ η ς βραχόµαζας GSI

Δείκτης Γεωλογικής Αντοχής GSI (Hoek & Marinos, 2000)

§ Σύνθετη βραχόµαζα § Εναλλαγές ικανών - µεγάλης γενικά αντοχής στρωµάτων και

µη ικανών - µικρής γενικά αντοχής στρωµάτων § Έντονη γενικά στρωσιγένεια µε µεγάλη εµµονή § Ποικ ίλα πάχη στρωµάτων (λεπτοστρωµατώδης δοµή 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

Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόµαζες Φλύσχη

Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόµαζες Φλύσχη

Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόµαζες Φλύσχη

Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόµαζες Φλύσχη

Ασθενείς και Σύνθετες Βραχόµαζες Φλύσχη

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

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

Νέο Σύστηµα Ταξινόµησησ GSI Για ετερογενείσ βραχόµαζεσ – Εδώ

Φλύσχησ

•  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.

Γεωτεχνικές ταξινοµήσεις GSI – RMR- Q

Κατηγορίεσ Τεχνικογεωλογικήσ Συµπεριφοράσ

Κατηγορίεσ Τεχνικογεωλογικήσ Συµπεριφοράσ

Κατηγορίεσ Τεχνικογεωλογικήσ Συµπεριφοράσ

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)

Εκτίµηση Συγκλίσεων στις σήραγγες

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)

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

υποστήριξης

Hoek and Marinos, 2000

Ε κ τ ί µ η σ η Συγκλίσεων στις σήραγγες. Αρχικά πρέπει να υπολογίσεται την α ν τ ο χ ή τ η ς 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

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

Εκτίµηση Συγκλίσεων στις σήραγγες

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.