Εκτίμηση της αντοχής στύλων για περιπτώσεις σκληρών πετρωμάτων και ανάλυση της επίδρασης μέτρων ενίσχυσης στην ευστάθεια τους

Abstract

Τα τελευταία χρόνια συναντούνται παγκοσμίως πολυάριθμες περιπτώσεις αξιοποίησης των υπογείων χώρων με θαλάμους και στύλους για διάφορες εφαρμογές όπως αποθηκευτικοί χώροι, χώροι διάθεσης επικίνδυνων αποβλήτων, καθώς και για μια σειρά από άλλες χρήσεις. Οι χώροι αυτοί στην πλειονότητά τους είναι κατασκευασμένοι εντός σκληρών πετρωμάτων, όπου, σε αντιδιαστολή με τα ανθρακωρυχεία, ο σχεδιασμός των στύλων δεν έχει τύχει ανάλογης εκτενούς έρευνας. Η παρούσα διπλωματική ασχολείται με την εκτίμηση της αντοχής των στύλων για περιπτώσεις σκληρών πετρωμάτων και την ανάλυση της επίδρασης μέτρων ενίσχυσης στην ευστάθειά τους. Βασικός στόχος της διπλωματικής είναι να ερευνηθεί εάν η χρήση τεχνητών μέτρων για την ενίσχυση των στύλων μπορεί να επιφέρει βελτιώσεις στις συνθήκες ευστάθειάς τους, καθώς και αν αυτά μπορούν να περιορίσουν τις συνέπειες τις αστοχίας των στύλων. Ένας επιπλέονβ στόχος είναι να δοθούν στοιχεία που θα βοηθήσουν στην κατανόηση της συμπεριφοράς της ενίσχυσης σε συνάρτηση με τη διαφοροποίηση παραμέτρων όπως τα γεωλογικά χαρακτηριστικά της βραχομάζας, ο λόγος πλάτους/ ύψος του στύλου και το πλευρικό φορτίο που ασκείται στο στύλο λόγω της ενίσχυσης. Για την επίτευξη των στόχων αυτών πραγματοποιούνται παραμετρικές αναλύσεις μέσω αριθμητικών μεθόδων σε στύλους μοντέλα, όπου η ενίσχυση προσομοιώνεται με την εφαρμογή πλευρικού φορτίου στους στύλους. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων δείχνουν ότι η ενίσχυση μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις συνθήκες ευστάθειας των στύλων, καθώς σε όλες τις περιπτώσεις που εξετάστηκαν υπήρξε βελτίωση της αντοχής των στύλων που ενισχύθηκαν. Πιο συγκεκριμένα, οι μέγιστες τιμές που παρατηρήθηκαν στην ποσοστιαία αύξηση του συντελεστή αντοχής, είναι 33% για τις πλευρές και 6,5% για το κέντρο του στύλου. Επιπλέον, επιβεβαιώνεται ότι η διαφοροποίηση των παραμέτρων Wp/Hp, UCS, GSI καθώς και του πλευρικού φορτίου που ασκείται στο στύλο επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τη συμπεριφορά της ενίσχυσης. Ωστόσο, φαίνεται ότι η επίδραση της ενίσχυσης είναι μεγαλύτερη όταν τα μέτρα ενίσχυσης εφαρμόζονται σε <<αδύναμους στύλους>>. Πρέπει τέλος να τονιστεί ότι τα μέτρα ενίσχυσης είναι προτιμότερο να εφαρμόζονται προτού η προοδευτική αστοχία φτάσει στη φάση ανοιχτών ρωγματώσεων στο στύλο, δηλαδή πριν αυτή βρεθεί σε προχωρημένο στάδιο.

In recent years numerous cases of use of underground space mined by the room and pillar method are encountered throughout the world for various applications such as storage facilities, hazardous waste disposal sites and various other uses. These sites are mostly constructed in hard rock, where, as opposed to coal mines, the design of the pillars has not recieved such extensive research. This thesis deals with the strength estimation of hard rock pillars and the effect of reinforcement measures on their stability. The main objective is to investigate whether the use of support measures for the reinforcement of the pillars can lead to the improvements of their stability conditions and also whether this reinforcement can effectively mitigate the impacts of pillar failure. An additional aim is to provide information information that will will help in understanding the behavior of reinforcement with respect to the diversification of parameters such us the geotechnical characteristics of the rock mass, the pillar width/height ratio and the reinforcement's lateral load exerted on the pillar. Therefore, parametric analysis using numerical methods on a model pillar geometry are carried out, where the reinforcement is simulated by applying a lateral load on the pillar ribs. The analysis shows that reinforcement can significantly improve the pillar's stability conditions, as in all cases examined there was an improvement of the strength of reinforced pillars. More specifically, the maximum values observed in the percentage increase of the pillar strength factor is 33% for the ribs and 6,5% for the core of the pillar. Moreover, it is confirmed that the differantiation parameters Wp/Hp,UCS,GSI and the size of the lateral load applied to the pillar strongly influence the behavior of reinforcement. However, it appears that the effect of reinforcement is greater when the measures are applied to degraded pillars. Finally, it should be noted that it is preferable to apply confinement before pillar failure has progressed to the point where fractures have opened, ie before an advanced failure stage.