Μηχανικά χαρακτηριστικά και γεωτεχνική συμπεριφορά ετερογενούς βραχόμαζας

Abstract

Στη παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται η διερεύνηση των μηχανικών και δυναμικών παραμέτρων της ετερογενούς βραχόμαζας με εργαστηριακές μεθόδους αλλά και με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Ξεκινώντας παρουσιάζονται τα γενικά στοιχεία της εργασίας, δηλαδή οι βασικές έννοιες, τα υλικά, τα κριτήρια αστοχίας καθώς και οι πηγές από τη βιβλιογραφία που αναφέρονται στο αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής. Στο πρώτο μέρος του τεύχους, γίνεται παρουσίαση των εργαστηριακών δοκιμών. Πιο αναλυτικά, γίνεται λεπτομερής περιγραφή των υλικών και της τοποθεσίας απ’ όπου επιλέχθηκαν μαζί με φωτογραφικό υλικό από το εργοτάξιο της σήραγγας Καλυδώνας και της ευρύτερης περιοχής. Παρουσιάζεται η μέθοδος που ακολουθήθηκε για την διενέργεια των εργαστηριακών δοκιμών η οποία συνίσταται από τη σύνθεση τεχνητών ετερογενών δοκιμίων ψαμμίτη-ιλυολίθου, σε διαφορετικά ποσοστά συμμετοχής για την προσομοίωση του σχηματισμού του φλύσχη. Περιγράφονται αναλυτικά οι μέθοδοι επεξεργασίας και μόρφωσης των δοκιμίων, η εργαστηριακή διαδικασία και ο εξοπλισμός. Πραγματοποιήθηκαν συνολικά 32 δοκιμές για τον προσδιορισμό των δυναμικών παραμέτρων, 26 δοκιμές προσδιορισμού αντοχής σε μονοαξονική θλίψη καθώς και 14 δοκιμές προσδιορισμού του μέτρου ελαστικότητας Young. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών, η στατιστική τους επεξεργασία και τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την ανάλυση τους καθώς και σχολιασμός της ορθότητας τους. Ακόμα έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων με αντίστοιχες προτάσεις από τη βιβλιογραφία. Στο δεύτερο μέρος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, πραγματοποιείται μια πρώτη διερεύνηση για τον προσδιορισμό του μέτρου ελαστικότητας της ετερογενούς βραχόμαζας με τη χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις για ανυποστήρικτη κυκλική σήραγγα και σύγκριση των συγκλίσεων που προκύπτουν σε δύο διαφορετικά προσομοιώματα, ένα ετερογενές με οριζόντιες διαδοχικές στρώσεις ψαμμίτη-ιλυολίθου και σε ένα αντίστοιχο ομοιογενές με ιδιότητες που αντιστοιχούν σε ενδιάμεσες τιμές των πρωτογενών υλικών. Έγιναν αναλύσεις για διαφορετικά ποσοστά συμμετοχής των δύο υλικών στη βραχομάζα, για διαφορετικές κατανομές του μέτρου ελαστικότητας και διαφορετικές τιμές του δείκτη GSI. Τέλος πραγματοποιήθηκαν συγκρίσεις με προτεινόμενες μεθόδους από τη βιβλιογραφία.

The present post-graduate thesis concerns the investigation of the mechanical and dynamic properties as well as the geotechnical behavior of heterogeneous rock masses with the use of laboratory and finite element methods. First of all, the general concepts of the thesis are presented, i.e. the fundamental principles, the materials, the failure criteria and the bibliographic references which concern the present study. The first part of the thesis refers to the execution and results of the laboratory tests. The materials that were used are thoroughly described in chapter 2 as well as the location from where they were collected together with photos from the construction site of Kalydona tunnel. Thereafter, the laboratory method is presented which comprises the preparation and testing of composite specimens. The specimens were made up of superimposed disks of sandstone and siltstone material in different thickness ratios so as to simulate the flysch formation. The process of the formation of the specimens, the testing techniques and the laboratory equipment are presented in chapter 3. 32 tests for the determination of pulse velocities and ultrasonic elastic constants, 26 uniaxial compressive tests and 14 tests for determining the elasticity modulus were carried out in total. The results of the laboratory tests and the statistical processing in addition to the conclusions and remarks that accrue from their analysis are presented in the following. Furthermore, a comparison was made with relative bibliographic references. At the second part of the thesis, an approach is made for the determination of the deformation properties of the heterogeneous rock mass with the use of finite element method. Analyses were made for unsupported circular tunnel with comparative investigation of the convergences that occur in two different models, a heterogeneous model with successive horizontal sandstone-siltstone layers and a homogenous one with assigned properties that range between the ones of the primary materials. Analyses were carried out for different thickness ratios of the two materials, different Young modulus-siltstone percentage distributions as well as different GSI values. Finally, a contradistinction was made for the results of the present study and proposed methods from literature.