Αξιολόγηση αποτελεσμάτων δοκιμών διείσδυσης κώνου (CPT) και ανάλυση ευστάθειας πρανών σε αποθέσεις στείρων υλικών από επιφανειακά λιγνιτωρυχεία

Κοντοπίδης, Ορέστης; Kontopidis, Orestis

dc.contributor.author	Κοντοπίδης, Ορέστης	el
dc.contributor.author	Kontopidis, Orestis	en
dc.date.accessioned	2023-12-05T08:42:00Z
dc.date.available	2023-12-05T08:42:00Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58361
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26057
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Σχεδιασμός και Κατασκευή Υπόγειων Έργων”	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	Ευστάθεια πρανών	el
dc.subject	Επί τόπου δοκιμές γεωτεχνικής	el
dc.subject	Στείρα υλικά λιγνιτωρυχείων	el
dc.subject	Αποκατάσταση λιγνιτωρυχείων	el
dc.subject	Slope stability	en
dc.subject	In situ tests in geotechnical engineering	en
dc.subject	Spoil materials	en
dc.subject	Lignite mines' reclamation	en
dc.subject	Open-pit lakes	en
dc.subject	Λίμνες σε ανοικτές εκσκαφές	el
dc.title	Αξιολόγηση αποτελεσμάτων δοκιμών διείσδυσης κώνου (CPT) και ανάλυση ευστάθειας πρανών σε αποθέσεις στείρων υλικών από επιφανειακά λιγνιτωρυχεία	el
dc.title	Cone penetration tests (CPT) results' evaluation and slope stability analysis of spoil heaps from surface lignite mines	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Γεωτεχνική μηχανική	el
heal.classification	Geotechnical engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-07-04
heal.abstract	Τις τελευταίες δεκαετίες ο λιγνίτης (ως μία μορφή άνθρακα) αποτέλεσε κύρια πρώτη ύλη για την οικιακή και βιομηχανική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας καθώς πρόκειται για έναν από τους λίγους πρωτογενείς ενεργειακούς πόρους που είναι διαθέσιμος σε μεγάλες ποσότητες και σε κράτη μέλη της ΕΕ. Καθώς η μετάβαση στη μεταλιγνιτική εποχή βρίσκεται σε εξέλιξη, ο τρόπος αποκατάστασης και αξιοποίησης των μετα-εξορυκτικών περιοχών και η συγκεκριμένη επιλογή των χρήσεων γης μετά το κλείσιμο των ορυχείων αποτελούν μια κρίσιμη απόφαση, καθώς πρέπει να είναι σύμφωνες με τις προσδοκίες των τοπικών κοινωνιών και με τις αρχές της βιώσιμης ανάπτυξης. Μία συνήθης μέθοδος αποκατάστασης επιφανειακών λιγνιτωρυχείων μετά το κλείσιμο τους αποτελεί η πλήρωση τους με νερό με στόχο τη δημιουργία τεχνητών λιμνών. Η δημιουργία αυτών των λιμνών αποτελεί σχετικά απλή και οικονομική λύση, ωστόσο πολλές φορές παρουσιάζονται προβλήματα ευστάθειας κατά τη διαδικασία πλήρωσης. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την αξιολόγηση θεμάτων ευστάθειας στην περιοχή της τεχνητής λίμνης Most στην Τσεχία, η οποία σχηματίστηκε σε ένα πρώην επιφανειακό λιγνιτωρυχείο με μέσο βάθος εκσκαφής 100 m. Στα σημερινά όρια της λίμνης αποτέθηκαν κατά τη λειτουργία του ορυχείου στείρα υλικά σχηματίζοντας τεχνητά πρανή επιρρεπή σε φαινόμενα αστάθειας. Στο πλαίσιο της εργασίας αξιοποιούνται τα αποτελέσματα 24 δοκιμών διείσδυσης κώνου με μέτρηση της πίεσης των πόρων (CPTu) που εκτελέστηκαν περιμετρικά της λίμνης και εκτελέστηκαν σε βάθη έως 50 m κυρίως εντός των στείρων υλικών. Παρουσιάζονται οι μεταβολές των πρωτογενών παραμέτρων με το βάθος για 4 επιλεγμένες δοκιμές και επιχειρείται μία περιγραφή της στρωματογραφίας βάσει του εμπειρικού δείκτη εδάφους (Ιc) Τα πρωτογενή δεδομένα των δοκιμών χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για την εκτίμηση της αστράγγιστης διατμητικής αντοχής (cu) και του φαινόμενου βάρους (γ) βάσει εμπειρικών συσχετίσεων, παράμετροι καθοριστικοί στις αναλύσεις ευστάθειας πρανών. Η αντοχή cu των στείρων υλικών εξαρτάται από το βάθος και υπολογίστηκε ότι αυξάνει γραμμικά με αυτό. Δύο συναρτήσεις της αστράγγιστης αντοχής χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση ευστάθειας, μία μέση και μία σχεδιασμού σύμφωνα με τον ΕC7. Η ανάλυση ευστάθειας έγινε με τη μέθοδο οριακής ισορροπίας και τη χρήση του εμπορικού λογισμικού Slide2 (Rocscience) με παραμετρικές αναλύσεις οι οποίες σε μεγάλο βαθμό καλύπτουν το σύνολο της λίμνης. Αναλύθηκαν διστρωματικά και τριστρωματικά πρανή με ύψος από 25 m έως 125 m και σταθερή κλίση 11ο, μέγιστη κλίση των πρανών της λίμνης. Το στρώμα των στείρων υλικών υπέρκειται ενός αργιλικού στρώματος με μέτρια αντοχή στην περίπτωση διστρωματικού πρανούς και ενός ακόμα υψηλότερης αντοχής στην περίπτωση τριστρωματικού πρανούς. Οι αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν αναλύοντας και την επίδραση της παρουσίας μιας ασθενούς ζώνης η οποία εμφανίζεται στη διεπιφάνεια στείρων και φυσικού εδάφους με χαμηλή αντοχή (ενδεικτικά c΄=6 kPa και φ΄=6ο). Τέλος, η στάθμη του νερού της λίμνης θεωρήθηκε σταθερή στο 1/3 του ύψους του πρανούς, η δυσμενέστερη συνθήκη κατά την πλήρωση. Η επιφάνεια αστοχίας είναι κυκλική σε πρανή χωρίς ασθενή ζώνη και μη κυκλική, κυρίως διγραμμική, σε πρανή με παρουσία αυτής. Ο συντελεστή ασφάλειας συναρτήσει του ύψους του πρανούς μειώνεται σημαντικά με την αύξηση του ύψους. Συνοπτικά, όταν η αντοχή των στείρων υλικών χαρακτηρίζεται από τη μέση αντοχή η ευστάθεια εξασφαλίζεται για όλο το εύρος των υψών πρανούς που εξετάστηκαν. Στην περίπτωση εφαρμογής της συνάρτησης σχεδιασμού ζητήματα ευστάθειας εμφανίζονται σε πρανή με ύψος μεγαλύτερο από 60 m με ασθενή ζώνη υπό κλίση 3ο. Το τρίτο υποκείμενο αργιλικό στρώμα στη περίπτωση τριστρωματικού πρανούς δεν επιδρά στην ευστάθεια καθώς η επιφάνεια αστοχίας δεν το διαπερνά σε καμιά περίπτωση λόγω της σχετικά υψηλότερης αντοχής του. Η παρουσία της ασθενούς ζώνης φαίνεται ότι είναι κρίσιμη για την ευστάθεια καθώς καθορίζει το σχήμα της επιφάνειας αστοχίας και απομειώνει σημαντικά των σημαντικά τον συντελεστή ασφαλείας.	el
heal.abstract	Over the past decades, lignite has been the primary raw material for household and industrial electricity production, as it is one of the few primary energy resources available in large quantities in EU member states. As the transition to the post-lignite era is underway, reclamation and valorization of post-mining areas and the choice of land uses after mine closures become critical decisions, as they must align with the expectations of local communities and the principles of sustainable development. A common method for reclamation of abandoned surface lignite mines is filling excavations with water to create lakes. Creating these lakes is a relatively straightforward solution; however, stability problems often arise during filling. This thesis focuses on evaluating such issues in the artificial lake Most in the Czech Republic, which formed in a former surface lignite mine with an average excavation depth of 100m. During the operation of the mine, overburden materials (spoils) were deposited within the lake boundaries, forming artificially constructed slopes prone to instability phenomena. Twentyfour cone penetration tests were conducted around the lake’s perimeter, measuring pore pressure at up to 50m depths, mainly within the spoil materials. The variations of primary parameters with depth for four selected tests are presented, and an estimation of the stratigraphy alternation is attempted based on the empirical soil index (Ic). The data from the in-situ tests were primarily used to estimate the undrained shear strength (cu) and unit weight (γ) based on empirical correlations. These parameters are introduced in stability analyses of slopes using the limit equilibrium method. The strength cu of the overburden materials depends on depth and was found to increase linearly with it. Two functions of undrained shear strength were used for the stability analysis, an average one and one design function according to EC7. The stability analysis was performed using the limit equilibrium method and the software SLIDE2 (Rocscience), employing parametric analyses that largely cover the entire lake. Slopes ranging from 25m to 125m in height with a fixed inclination of 11 degrees, representing the maximum slope of the lake's slopes, were analyzed. The spoil layer is underlain by a clayey layer with moderate strength in the case of two-layered slopes and an even higher strength in the case of three-layered slopes. The analyses also considered the presence of a weak zone on the interface between overburden and natural soil with small strength (indicatively c' = 6 kPa and φ' = 6°). Finally, the water level of the lake was assumed to be at one-third of the height of the slope, which is the most unfavourable condition during the filling process. The failure surface is circular for slopes without a weak zone and non-circular, mainly bi-planar, in slopes with a weak zone. The factor of safety decreases significantly with increasing slope height. In summary, when the average shear strength characterizes the strength of the spoil materials, stability is ensured for the entire range of slope heights. However, when the design function is applied, stability issues arise in slopes with a height greater than 60m for a weak zone inclined at 3 degrees. In the case of three-layered slopes, the third underlying clayey layer does not affect stability, as the failure surface never intersects it due to its relatively higher strength. The presence of the weak zone appears to be critical for stability as it determines the shape of the failure surface and significantly reduces the safety factor.	en
heal.advisorName	Ζευγώλης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Νομικός, Παύλος	el
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Ανδρέας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false