Μηχανική του ασυνεχούς μέσου: Διερεύνηση μηχανισμών παραμόρφωσης και αστοχίας βραχώδων μαζών με τη μέθοδο των διακριτών στοιχείων (distinct element method, dem

Μαμουτάκης, Γεώργιος; Mamoutakis, Georgios

dc.contributor.author	Μαμουτάκης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Mamoutakis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2018-11-15T10:41:26Z
dc.date.available	2018-11-15T10:41:26Z
dc.date.issued	2018-11-15
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48005
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8782
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”	el
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	Βραχομηχανική	el
dc.subject	Διακριτά στοιχεία	el
dc.subject	Διαξονική δομική	el
dc.subject	Ασυνεχές μέσο	el
dc.subject	Αριθμητική ανάλυση	el
dc.subject	Rock mechanics	en
dc.subject	Distinct element method	el
dc.subject	Biaxial test	el
dc.subject	Discontinuous media	el
dc.subject	Numerical modelling	el
dc.title	Μηχανική του ασυνεχούς μέσου: Διερεύνηση μηχανισμών παραμόρφωσης και αστοχίας βραχώδων μαζών με τη μέθοδο των διακριτών στοιχείων (distinct element method, dem	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΩΝ ΘΡΑΥΣΕΩΝ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/d166b6576d5be5da762ff26bbe417e84fa2e2991
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-25
heal.abstract	Η Μηχανική του Ασυνεχούς Μέσου αποτελεί την μετεξέλιξη των κλασσικών θεωριών ελαστικότητας και πλαστικότητας με εφαρμογή στα στερεά μέσα των οποίων η συμπεριφορά προσδιορίζεται από την παρουσία εγγενών ή και αναπτυσσόμενων δομικών ‘ατελειών’ που διακόπτουν τη φυσική συνέχεια της μάζας και του πεδίου παραμορφώσεων υπό τη δράση εξωτερικών ή εσωτερικών δυνάμεων. Ένα τέτοιο ασυνεχές μέσο αποτελεί το περιβάλλον στο οποίο κατασκευάζονται αρκετά έργα πολιτικού μηχανικού, η βραχόμαζα. Με τον όρο βραχόμαζα εννοούμε την μάζα εκείνη η οποία συμπεριλαμβάνει τεμάχια άρρηκτου βράχου καθώς και τις μεταξύ τους ασυνέχειες και για την κατανόηση της μηχανικής της συμπεριφοράς είναι απαράιτητο να ληφθουν υπόψιν και τα δύο επιμέρους συστατικά της αυτά. Η βραχόμαζα είναι ένα άκρως ασυνεχές υλικό (discontinuous), ανομοιογενές (inhomogeneous), ανισότροπο (anisotropic), και μη ελαστικό (non-elastic) από την φύση της (DIANE) και αυτό καθιστά αρκετά πολύπλοκό τον υπολογισμό των παραμέτρων αντοχής και παραμορφωσιμότητάς της. Η Εργασία αυτή εισάγει μια μέθοδο υπολογισμού των παραμέτρων αντοχής και παραμορφωσιμότητας της βραχόμαζας με την χρήση αριθμητικών μεθόδων και συγκεκριμένα της μεθόδου των Διακριτών Στοιχείων. Συμφωνά με αυτή την προσέγγιση προτείνεται η χρήση αριθμητικών διάξονικών δοκιμών για τον υπολογισμό της αντοχής, της παραμορφωσιμότητας καθώς και πιθανών μηχανισμών αστοχίας τεμαχίων βραχόμαζας. Με τη χρήση αυτής της δοκιμής πραγματοποιήθηκε σειρά παραμετρικών αναλύσεων σε δοκίμια βραχόμαζας. Βασικές παράμετροι που διερευνήθηκαν στην παρούσα εργασία είναι οι ιδιότητες των ασυνεχειών καθώς και διαφορετικά καταστατικά μοντέλα για τις ασυνέχειες (ένα γραμμικό και ένα μη γραμμικό). Επιπροσθέτως εξετάστηκε η επίδραση της πλευρικής τάσης στην αντοχή και παραμορφωσιμότητα της βραχόμαζας. Εξετάστηκαν ακόμη διαφορετικές γεωμετρίες καθώς και διάφορα μεγέθη δοκιμίων. Τέλος ελέγχθηκε της διεύθυνσης φόρτισης στην αντοχή και παραμορφωσιμότητα της βραχόμαζας. Από τις δοκιμές εντοπιστήκαν μηχανισμοί αστοχίας οι οποίοι περιλαμβάνουν: καθαρή διάτμηση σε ασυνέχειες που διατρέχουν το μοντέλο, διατμήσεις με ζώνες ολίσθησης και διατμήσεις με περιστροφές των τεμαχίων άρρηκτου βράχου στην επιφάνεια διάτμησης. Η εμφάνιση του κάθε από του τους μηχανισμούς εξαρτάται κυρίως από την διεύθυνση φόρτισης σε σχέση με την διεύθυνση των σετ των ασυνεχειών, από την γεωμετρία της βραχόμαζας και από την πλευρική τάση η οποία ασκείται στην βραχόμαζα. Επιπλέον μέσω τον δοκίμων που πραγματοποιηθήκαν έγινε ορατή η σχέση ανάμεσα στην πλευρική τάση που ασκείται στο δοκίμιο και στην μέγιστη αξονική φόρτιση την οποία μπορεί να παραλάβει. Από τις δοκιμές φάνηκε μια γραμμική σχέση ανάμεσα στις δύο αυτές τάσεις. Επιπροσθέτως φάνηκε ότι το μέτρο παραμορφωσιμότητας παρουσιάζει λογαριθμική αύξηση για αύξηση της πλευρικής τάσης που ασκείται στην βραχόμαζα. Άλλοι παράμετροι οι οποίοι επηρεάζουν αισθητά τα αποτελέσματα των δοκιμών ήταν το μέγεθος του δοκιμίου, η χρήση γραμμικού η μη γραμμικού κριτηρίου αστοχίας στις ασυνέχειες. Η αύξηση του μεγέθους του δοκιμίου φάνηκε να οδηγεί σε μείωση της μέγιστης αντοχής του δοκιμίου έως ότου να φτάσουμε σε δοκίμια για τα οποία το μέγεθος δεν επηρεάζει την πλήρη ανάπτυξη του μηχανισμού αστοχίας και επομένως δεν επενεργεί στην μέγιστη αντοχή του δοκιμίου. Αντίστροφή πορεία ακολουθούσε το μέτρο παραμορφωσιμότητας της βραχόμαζας το οποίο αυξανόταν για αύξηση του μεγέθους του δοκιμίου έως ότου το μέγεθος του δοκιμίου να φτάνει το αναγκαίο για να μην το επηρεάζει. Ο πιο καθοριστικός παράγοντας που καθορίζει την αντοχή της βραχόμαζας είναι η διεύθυνση φόρτισης σε σχέση με τις γωνίες των ασυνεχειών. Από τις δοκιμές έγινε αντιληπτό ότι υπήρξε απόκλιση στην αντοχή του δοκιμίου περίπου μίας τάξης μεγέθους για αλλαγές μόνο στην γωνία φόρτισης. Αυτό ανάδειξε ορισμένους περιορισμούς των αναλυτικών εμπειρικών κριτηρίων αντοχής της βραχόμαζας. Φάνηκε ότι σε περιπτώσεις όπου οι ασυνέχειες παίζουν καθοριστικό ρόλο στην αστοχία της βραχόμαζας τα εμπειρικά κριτήρια τείνουν να υπερεκτιμούν την αντοχή του υλικού και αυτό θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψιν κατά τον σχεδιασμό τεχνικών έργων σε βραχόμαζα	el
heal.abstract	Mechanics of Discontinuous Media is the evolution of the classical theories of elasticity and plasticity with application to solid media whose behavior is determined by the presence of inherent or even developing structural imperfections that interrupt the physical continuity of the mass and the field of deformations under the action of external or internal forces. Such a discontinuous media is the environment in which several civil engineering structures are built, the rock mass. By the term "rock mass" we mean the mass that includes fragments of inextricable rock as well as the discontinuities between them and for the understanding of its mechanical behavior it is indispensable to consider both its individual components. The rock mass is discontinuous, inhomogeneous, anisotropic, and non-elastic by nature (DIANE) and this makes it quite complex to calculate its strength and deformability parameters. This work introduces a method of calculating the strength and deformability parameters of the rock mass using numerical methods and in particular the Discrete Element method. In accordance with this approach, it is proposed to use numerical biaxial tests for the calculation of strength, deformability and possible failure mechanisms of fragments of rock mass. Using this test, a series of parametric analyzes were performed on rock mass specimens. The basic parameters investigated in this paper are the properties of discontinuities as well as different constitutive models for discontinuities (linear and nonlinear). In addition, the effect of lateral stress on the strength and deformability of the rock mass was examined. Different geometries as well as various specimen sizes have been examined. Finally, the loading direction was checked for the strength and deformability of the rock mass. Tests have identified failure mechanisms that include: clear shear in discontinuities running through the model, shear bends, and rotating shears of the interstellar rock pieces on the shear surface. The appearance of each of these mechanisms depends mainly on the direction of loading in relation to the direction of the discontinuities set, the geometry of the rock mass and the lateral stress exerted on the rock mass. In addition, through the tests made, the relationship between the lateral stress applied to the specimen and the maximum axial load that it can receive is visible. The tests showed a linear relationship between these two trends. Additionally, the deformation measure showed a logarithmic increase to increase the lateral stress exerted on the rock mass. Other parameters that appreciably affect the test results were the size of the specimen, the use of a linear or nonlinear failure criterion in discontinuities. Increasing the size of the specimen seemed to lead to a reduction in the maximum strength of the specimen until we reach specimens for which the size does not affect the full development of the failure mechanism and therefore does not affect the maximum strength of the specimen. Reverse course followed the deformability measure of the rock mass which increased to increase the size of the specimen until the size of the specimen reaches the necessary to not affect it. The most determinant factor determining the strength of the rock mass is the loading direction with respect to the angles of the discontinuities. From the tests it was realized that there was a variation in the test strength of approximately one order of magnitude for changes only at the angle of loading. This has revealed some limitations of the analytical empirical criteria of resistance to rock mass. It appeared that in cases where discontinuities play a decisive role in the failure of the rock mass, the empirical criteria tend to overestimate the strength of the material and this should be taken into account in the design of technical works on a rock mass	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Βησσαρίων	el
heal.committeeMemberName	Φραγκιαδάκης, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Μπακάσης, Ηλίας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	186 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true