Διερεύνηση της επίδρασης των χαρακτηριστικών πρόσκρουσης στις καταπτώσεις βράχων

Βασιλοπούλου, Ιωάννα Ελένη; Vasilopoulou, Ioanna Eleni

dc.contributor.author	Βασιλοπούλου, Ιωάννα Ελένη	el
dc.contributor.author	Vasilopoulou, Ioanna Eleni	en
dc.date.accessioned	2016-03-22T12:40:33Z
dc.date.available	2016-03-22T12:40:33Z
dc.date.issued	2016-03-22
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42228
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.10813
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Βράχος	el
dc.subject	Καταπτώσεις	el
dc.subject	Κινηματικά χαρακτηριστικά	el
dc.subject	Μάζα	el
dc.subject	Momentum	en
dc.subject	Mass	en
dc.subject	Συντελεστές αναπήδησης	el
dc.subject	Rockfall	en
dc.subject	Coefficients of restitution	en
dc.subject	Incident velocity	en
dc.title	Διερεύνηση της επίδρασης των χαρακτηριστικών πρόσκρουσης στις καταπτώσεις βράχων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τεχνική γεωλογία	el
heal.classification	Βραχομηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-15
heal.abstract	Το φαινόμενο των καταπτώσεων βράχων έχει αποτελέσει αιτία σημαντικών καταστροφών σε έργα υποδομής ακόμα και με απώλειες ανθρώπινων ζωών, ως εκ τούτου η αντιμετώπιση του είναι κρίσιμη για την ασφαλή και εύρυθμη λειτουργία των περιοχών που επηρεάζουν. Για την διαστασιολόγηση κατάλληλων μέτρων προστασίας, έχουν αναπτυχθεί εξειδικευμένα προγράμματα που ως στόχο έχουν την πρόβλεψη της τροχιάς των βραχωδών τεμαχών. Λόγω της πολυπλοκότητας που εμφανίζει η τροχιά του τεμάχους που καταπέφτει, η προσομοίωση γίνεται με σημαντικές απλουστευτικές παραδοχές, μεταξύ των οποίων η κρισιμότερη γίνεται για την περιγραφή της αναπήδησης. Η προσομοίωσή της γίνεται με τους συντελεστές αναπήδησης, οι οποίοι εκφράζουν την απώλεια κίνησης του τεμάχους κατά την κρούση με το πρανές. Έχουν προταθεί διάφοροι ορισμοί για τους συντελεστές αναπήδησης, ωστόσο δεν ακολουθούν μία ενιαία λογική, με αποτέλεσμα οι αποκλίσεις μεταξύ τους να είναι σημαντικές. Επιπλέον, στις μέχρι σήμερα θεωρήσεις, οι συντελεστές αποτελούν συνάρτηση μόνο του τύπου του υλικού που δομεί το πρανές, συνεπώς σημαντικοί παράμετροι που επηρεάζουν την απόκριση του τεμάχους στην κρούση δεν λαμβάνονται υπόψη, μεταξύ των οποίων η μάζα και η ταχύτητα πρόσκρουσης του τεμάχους, που αποτελούν το αντικείμενο διερεύνησης της παρούσης διπλωματικής εργασίας. Κατά καιρούς έχουν συσχετιστεί οι συντελεστές αναπήδησης με την ταχύτητα που αναπτύσσει το τέμαχος, αλλά δεν γίνονται ιδιαίτερες αναφορές στη σχέση τους με τη μάζα του τεμάχους. Για το λόγο αυτό, στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, πραγματοποιήθηκαν 880 εργαστηριακές δοκιμές με σκοπό τη διερεύνηση της επίδρασης των κινηματικών χαρακτηριστικών στις καταπτώσεις βράχων. Χρησιμοποιήθηκε η πειραματική διάταξη που έχει αναπτυχθεί στο εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Βραχομηχανικής στο πλαίσιο της ευρύτερης έρευνας που διεξάγεται επί του φαινομένου των καταπτώσεων. Η κατάπτωση προσομοιώθηκε στο εργαστήριο με ρίψεις σφαιρικών δοκιμίων, διαφόρων μαζών, πάνω σε τετραγωνικές βάσεις. Παράλληλα, για να ληφθεί υπόψη και η επίδραση των ιδιοτήτων των υλικών στους συντελεστές αναπήδησης χρησιμοποιήθηκαν σφαιρικά δοκίμια από τρία διαφορετικά υλικά, πιο συγκεκριμένα: ψαμμίτη, μάρμαρο και τσιμέντο. Πραγματοποιήθηκαν τρεις σειρές δοκιμών. Οι δύο πρώτες αφορούν ελεύθερες πτώσεις, ενώ η τρίτη σειρά αφορά παραβολικές ρίψεις που είναι και περισσότερο αντιπροσωπευτικές των πραγματικών καταπτώσεων. Οι δύο σειρές δοκιμών ελεύθερης πτώσης διαφέρουν ως προς το υλικό της βάσης πρόσκρουσης. Στην πρώτη σειρά τα υλικά της σφαίρας και της βάσης πρόσκρουσης συμπίπτουν, ενώ στην δεύτερη σειρά δοκιμών διαφοροποιούνται. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν ρίψεις από διάφορα ύψη ώστε να αναπτυχθούν διαφορετικές ταχύτητες. Η κίνηση των δοκιμίων καταγράφηκε από ειδική κάμερα ταχείας λήψης και για την επεξεργασία των πειραμάτων έγινε χρήση κώδικα που αναπτύχθηκε γι’ αυτόν το σκοπό. Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της πρώτης σειράς δοκιμών ελεύθερων πτώσεων διαπιστώθηκε η σημαντική επίδραση των κινηματικών χαρακτηριστικών στην αναπήδηση. Γι’ αυτό τον λόγο προτάθηκε μια νέα μεθοδολογία προσδιορισμού του συντελεστή αναπήδησης που να λαμβάνει υπόψη τόσο τον τύπο του υλικού από το οποίο δομείται το πρανές όσο και τα κινηματικά χαρακτηριστικά του τεμάχους που καταπέφτει. Επιπλέον, από τη δεύτερη σειρά δοκιμών διαπιστώθηκε ότι η διαφοροποίηση στους τύπους των υλικών επιφάνειας πρόσκρουσης και τεμάχους κατάπτωσης επιδρά στην τιμή που λαμβάνει ο συντελεστής αναπήδησης. Έτσι, η προτεινόμενη μεθοδολογία γενικεύτηκε ώστε να είναι αντιπροσωπευτική και στην περίπτωση διαφοροποίησης των υλικών επιφάνειας πρόσκρουσης και τεμάχους. Τέλος, η μεθοδολογία ελέγχθηκε και για τα αποτελέσματα της τρίτης σειράς δοκιμών που αφορά στις παραβολικές ρίψεις, όπου διαπιστώθηκε ότι περιγραφεί ικανοποιητικά και τις συνθήκες κρούσης υπό γωνία.	el
heal.abstract	Rockfalls have been the cause of major disasters in infrastructure and in many occasions they are accompanied with loss of life, hence mitigation is critical affected areas. The design of protection measures is done by specialized software, which predict the trajectory of the falling rock blocks. Due to the complexity met in trajectory of the falling blocks, simulation is done with considerable reductive assumptions. The most critical simulation process is to describe the response at impact. Simulation is achieved with the coefficients of restitution, which express the energy loss of the block due to an impact into the slope. Various definitions have been proposed for the coefficients of restitution. However, these definitions are expressed with different assumptions, resulting to significant deviations amongst them. Moreover, the coefficients have been associated to the material type of the slope. Therefore, important parameters that affect the blocks’ reresponse are not taken into account, including the mass and the impact velocity of the blocks, which form the subject of this thesis. Occasionally, coefficients of restitution have been associated with the impact velocity, but there is no particular reference to the relation with the blocks’ mass. For this thesis, 880 laboratory tests have been conducted in order to investigate the effect of impacting velocity and mass to the coefficients of restitution. An experimental setup has been developed in the laboratory of Engineering Geology and Rock Mechanics as part of the on-going research of impact in rockfalls, which was used in this thesis. Rock impacts were simulated by releasing spherical blocks of various masses on smooth surfaces. Furthermore, in order to take into account the effect of material properties on the phenomenon, three different materials were used, namely: sandstone, marble and concrete. Three test series were conducted. The first two were performed with free falls, while the third was held with parabolic drops, which are more representative of actual conditions. The two free-fall series differ in the material of the impact surface. In the first set, the material type of the base and the sphere coincide, while in the second test series they differ. Finally, blocks were released from various heights in order to impact with different velocities. The trajectories of the spheres were recorded by a high speed camera and data acquisition and extrapolation was performed using a machine vision code developed in the context of the on-going research performed in the lab. The evaluation of the results of the first test series showed the significant effect of the kinematic characteristics in the impact response. A new model for the determination of the coefficients of restitution is proposed which takes into account both the type of slope material and kinematic properties at impact. Moreover, from the second series of tests, it was proved that diversifying the types of surface material and the impact block affects the coefficient. Thus, the model was generalized to be representative even when the material type of bases and spheres differ. Finally, the model was tested on the results of the third test series concerning parabolic drops, which adequately described their response.	en
heal.advisorName	Τσιαμπάος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Καββαδάς, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	106 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true