Επίδραση του Σχήματος του Τεμάχους στις Καταπτώσεις Βράχων

Abstract

Η εργασία αυτή αφορά στην πειραματική διερεύνηση που εκπονήθηκε στο εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Βραχομηχανικής της σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, και είχε ως σκοπό την διερεύνηση της επίδρασης του σχήματος στους συντελεστές αναπήδησης που χρησιμοποιούνται στις αναλύσεις καταπτώσεων βραχωδών τεμαχών. Για την διερεύνηση της επίδρασης του σχήματος αναπτύχθηκε μια πειραματική διάταξη και διαμορφώθηκαν κατάλληλα δοκίμια ελλειπτικού σχήματος με διαφορετικούς λόγους ημιαξόνων. Συνολικά διαμορφώθηκαν ελλείψεις με 4 λόγους ημιαξόνων, πιο συγκεκριμένα 1,25, 1,5, 1,75 και 2. Οι ρίψεις έγιναν σε επίπεδα με διαφορετική κλίση ώστε να εξετασθεί η σχέση των συντελεστών αναπήδησης με την γωνία πρόσπτωσης. Τόσο οι ελλειπτικοί δίσκοι όσο και τα επίπεδα πρόσκρουσης διαμορφώθηκαν από φυσικό μάρμαρο Πεντέλης. Συνολικά πραγματοποιήθηκαν 80 δοκιμές. Οι δοκιμές κατεγράφησαν με ειδική φωτομηχανή υψηλής ταχύτητας και η επεξεργασία των δοκιμών έγινε με κώδικα μηχανικής όρασης που αναπτύχθηκε για τον σκοπό αυτό στο υπολογιστικό περιβάλλον της MatLab. Προσδιορίστηκαν οι συντελεστές αναπήδησης, χρησιμοποιώντας όλους τους προτεινόμενους στην βιβλιογραφία ορισμούς, και εξετάσθηκε η συσχέτιση τους με διάφορα κινηματικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά. Τέλος, εξετάστηκαν αναφορικά με την αξιοπιστία και τις παραδοχές τους, τρεις αναλυτικές λύσεις προσδιορισμού των συντελεστών, σύμφωνα με τις αρχικές συνθήκες της κίνησης.

This thesis concerns an experimental investigation held in the Laboratory of Engineering Geology and Rock Mechanics of the School of Civil Engineering at the National Technical University of Athens. The scope of this thesis is to investigate the shape effect of the Coefficients of Restitution used in rockfall analysis A laboratory apparatus was developed for the tests and the falling blocks were simulated as elliptical discs, with various semi-axes ratios. Four different semi-axes were developed, in particular 1.25, 1.5, 1.75 and 2. The blocks were released to impact surfaces with various inclinations in order to examine the effect of slope angle into the Coefficient of Restitution values. The elliptical discs and the impact surfaces were modulated from natural rock material; precisely a fine graded Penteli Marble. In total 80 tests were performed. Tests were recorded with a high speed camera, while data acquisition was performed by a machine vision computer code in MatLab, specially developed for this cause. The Coefficients of Restitution were determined; using all available definitions in relevant literature, and their correlations with various kinematical and geometrical characteristics was examined. Finally, some models found in literature that predict the coefficients according to the characteristics of the trajectory were evaluated and compared to the results of present study