Дефинисање параметара чврстоће на смицање код извођења косина у испуцалом стенском масиву

Колекција

Докторске дисертације

Везе јединице

Ова јединица нема веза.

Претраживање повезаних записа ис других каталога

Archive Grid

Digital Public Library of America

Излазни формат

Dublin Core

Наслов

Дефинисање параметара чврстоће на смицање код извођења косина у испуцалом стенском масиву

Shear Strength Properties of Cut Slopes Excavated in Jointed Rock Mass

Аутор

Берисављевић Зоран

Предметна одредница

напонско стање

испуцалост

хетерогеност

чврстоћа на смицање

геолошки индекс чврстоће

Хоек-Броwнов материјал

композитни узорци

дезинтеграција

повратна анализа

stress state

jointing

heterogeneity

shear strength

geological strength index

Hoek-Brown material

composite samples

dezintegration

back-analysis

Издавач

Универзитет у Београду - Рударско-геолошки факултет

Друга одговорна лица

Чебашек Владимир

Гојковић Небојша

Ракић Драгослав

Шушић Ненад

Радић Зоран

Опис

Дефинисање параметара чврстоће на смицање испуцалих стенских маса представља један од најзахтевнијих задатака механике стена. Геотехничка истраживања су углавном ограничена на резултате лабораторијских испитивања малих макроскопски хомогених узорака, са којих се врши екстраполација резултата на теренску размеру. Испитивања се могу вршити ин ситу, али су и она ограничена величином коришћене апаратуре и микролокацијом на којој се врше испитивања. Поред тога, могуће је вршити различита испитивања на физичким моделима, која су веома сложена и скупа. Екстраполација података са малог узорка на теренску размеру даје много боље резултате у механици тла, где се материјал са задовољавајућом тачношћу може сматрати континуалним и хомогеним. Код чврстих стенских маса, услед присуства великог броја пукотина, јавља се проблем дисконтинуалности. Због овога, резултати добијени на интактним узорцима могу бити од ограничене употребљивости уколико се не познају карактеристике испуцалости стенске масе.
Да би се дефинисали параметри чврстоће на смицање стенске масе потребно је применити неку од постојећих класификација, која комбинује карактеристике испуцалости и параметре интактних узорака. Овде се посебно истиче ГСИ систем, једина класификација која је саставни део једног (Хоек-Броwн-овог) критеријума лома. Она је субјективна, па се у дисертацији даје предлог квантификације ГСИ дијаграма за флиш преко коефицијента СЦР, којим је дефинисан квалитет зидова пукотина.
Након отварања косина долази до промене напонског стања и излагања стенске масе дејству атмосферских чинилаца. Ови фактори могу довести до омекшања, тј. снижавања параметара чврстоће на смицање у времену. Због тога, за разматрање дугорочне стабилности, није довољно дефинисати параметре само у тренутку отварања косина, већ је потребно одредити их и у неком тренутку након отварања косина.
Предмет ове дисертације су карактеристике чврстоће на смицање хетерогених испуцалих флишних и седимената тзв. „уплетених река“ (црвени пермски седименти), код којих се смењују партије пешчара и силтита. Параметри ће бити дефинисани узимајући у обзир ефекте: - литолошке хетерогености (на основу процентуалног учешћа пешчара и силтита), - испуцалости, - тектонске оштећености и - распадања.
Да би се испитао утицај хетерогености на величину једноосне чврстоће, извршена су испитивања, специјално припремљених, композитних узорака у условима једноосног притиска. Резултати указују да, када је процентуално учешће силтита мање од 20% до лома долази у диску пешчара, комбинацијом смицања и затезања. Када је учешће силтита између 20%<сл<45% лом настаје смицањем кроз композитни узорак у целини. При учешћу силтита већем од 45% до лома долази затезањем, тј. појавом вертикалних пукотина у узорку силтита. Са порастом запреминског учешћа силтита, од 0% до 60%, једноосна чврстоћа експонецијално опада. Са даљим повећањем запреминског учешћа силтита једноосна чврстоћа одговара чврстоћи силтита.
Са лабораторијским резултатима су упоређене емпиријске препоруке за одређивање једноосне чврстоће хетерогених седимената, у зависности од процентуалног односа пешчара и силтита, при чему је показано да добро кореспондирају. Ово је омогућило да се, заједно са прикупљеним подацима о испуцалости, преко квантификованог ГСИ дијаграма, дефинишу почетне вредности геотехничких карактеристика хетерогених седимената. Код флиша је, у зависности од дејства тектонских утицаја и процентуалног односа пешчара и силтита, издвојено пет битно различитих геотехничких типова, док су код седимената ствараних у флувијалној депозиционој средини, у зависности од наведеног процентуалног учешћа, издвојена три различита типа.
Систематским праћењем дејства атмосферских чинилаца на челу ископа уочено је да распадање код испуцалих ламинираних седимената доводи до појава глобалних нестабилности, док код испуцалих пелита без ламина проузрокује само површинске измене, а глобални ломови су последица иницијално ниских параметара чврстоће на смицање и повећања порних притисака. У том смислу, код флиша су за лом пресудни иницијални парамтери, док код пермских седимената до лома долази након одређеног времена са параметрима нижим од почетних вредности.
Концепт редукције чврстоће услед распадања, дефинисан је кроз смањење ГСИ вредности. Потврда овог приступа извршена је излагањем, посебно припремљених, узорака дејству атмосферских чинилаца у периоду од годину дана. Уситњавање интактних блокова и смањење квалитета зидова пукотина указује да се ГСИ вредност редукује у хоризонталном и вертикалном смислу. Резултати анализа стабилности су показали да ГСИ у прва три месеца опадне за једну трећину, док у периоду од годину дана опадне на 50% своје почетне вредности. Услед локалне хетерогености материјала могуће је да ГСИ вредност у појединим деловима косине буде нижа од просечне, при чему долази до локалног лома. Највеће смањење ГСИ вредности се може очекивати у првих 6 месеци након формирања косина. На основу ових закључака могуће је анализирати косине различитих висина и нагиба у овом и сличним материјалима у произвољним временским интервалима. Ово је од изузетног практичног значаја у ситуацијама када косине остају непокривене у дужем временском периоду након формирања. Максимална дубина дегрдације у разматраним случајевима дефинисана је најдубљом клизном површи од око 4 м.
Лабораторијски опит за одређивање отпорности према распадању пелитних седимената због низа ограничења не даје увек поуздане резултате.

Determination of shear strength parameters of jointed rock mass is one of the most demanding tasks in the field of rock mechanics. Conventional geotechnical investigations are usually restricted to testing visually homogeneous laboratory prepared samples of small size. Results are then extrapolated to the field scale. Tests can also be performed in situ, but then, they are dependent on the size of the equipment and test location. Besides, it is possible to perform studies on physical models, which are very complex and expensive. Direct data extrapolation from small laboratory scale to the field scale is more and less applicable in soil mechanics, whereas material can be reasonably assumed to behave as homogeneous and continuous. Due to presence of large number of joints, rock material is considered discontinuous, thus the results obtained on intact samples could be of limited use unless joint properties are known.
In order to define shear strength properties of jointed rock mass, it is necessary to apply some kind of existent classification system which combines intact and joint properties. The emphasis is here given to GSI system, the only classification which is the part of one shear strength (Hoek-Brown) criterion. GSI classification is rather descriptive in its original form, thus an effort is placed on quantifying the GSI chart for flysch by means of SCR coefficient.
After the excavation, stress state is altered and the slope face is exposed to weathering process. These factors can lead to slope deterioration and softening i.e. decrease in shear strength with time. In order to properly consider long-term slope stability it is necessary to determine shear strength parameters in different time periods after the excavation of cut.
The purpose of this dissertation is to define shear strength properties of heterogeneous jointed flysch and braided river deposits (Permian red sediments), with interchanging siltstone and sandstone lithologies.
Parameters are defined taking into account the following effects: - lithological heterogeneity (based on different proportions of sandstone and siltstone), - jointing, - tectonic disturbance and - isintegration.
In order to inspect the influence of lithological heterogeneity on the value of uniaxial compressive strength, specially prepared composite samples were tested. Results show that when the siltstone percent is less than 20%, the failure is restricted to sandstone disk and represents a combination of shear and tension. In the case when siltstone percent is between 20%<sl<45%, the shear failure is encompassing the entire composite sample. When siltstone percent is above 45%, the failure is restricted to siltstone disk and its mechanism is tensile in nature (occurrence of vertical tension cracks). With an increase of siltstone volumetric participation from 0% to 60%, uniaxial compressive strength decreases exponentially. Volumetric participation of siltstone above 60% provides uniaxial compressive strength equal to the strength of pure siltstone sample. These findings are compared with empirical relations for determination of uniaxial compressive strength of heterogeneous rock masses with different siltstone and sandstone proportions. Comparisons showed good agreement.
These findings, along with the data collected on joint properties, enabled the determination of initial shear strength parameters of flysch rock mass (with the use of quantified GSI chart). By considering siltstone and sandstone participation and tectonic disturbance within the flysch, five different geotechnical types are determined. Three distinct geotechnical types are determined within the fluvial braided river deposits, depending on the siltstone and sandstone participation.
Systematic monitoring of cuttings behaviour after exposure to weathering processes leads to conclusion that in the case of fissile pelitic sediments slaking produces global failures, whereas in the case of pelitic non-fissile sediments slaking produces only superficial deterioration and global failures are a consequence of initially low shear strength parameters and increase in pore-water pressures. In this regard, initial shear strength parameters are critical for instabilities in flysch, while for Permian sediments failures occur after some period of time with parameters lower than the initial ones.
The shear strength reduction, as a consequence of weathering, is obtained by reducing the GSI value. The verification of proposed approach is done by exposing specially prepared samples to natural climatic conditions during the period of one year.
Fragmentation of intact rock pieces and weathering of joint walls suggests reduction of GSI value both in horizontal and vertical direction. Back-analysis results showed that during the first three months of exposure, the GSI value reduces by one third, whereas after twelve months, the GSI reduces to 50% of its initial value. In some parts of the slope, the GSI value can be lower than the average due to local heterogeneity of material, and local failures are possible. The most drastic decrease of GSI value could be expected during the first six months of exposure. On the basis of these conclusions it is possible to analyse slopes with different inclinations and heights, in this and similar materials, during preferred time periods. These findings are of great practical importance in situations where slopes stay unprotected in longer periods of time. The maximum degradation zone is defined by deepest sliding surface of approximately 4 m. Due to many limitations of slake durability test, the results obtained can be misleading. Special attention is given to determination of shear strength properties of flysch material based on nonlinear envelope of hyperbolic type. During the process of conversion from HB to hyperbolic envelope, the Levenberg-Marquardt algorithm (LMA) is utilized. Parameters are determined taking into account their physical meaning. The median angle normal stress increases exponentially with GSI value and ranges between the value characteristic for clays and value characteristic for well graded gravel and angular rockfill. Basic angle of friction decreases with the GSI value and it should be determined in each individual case. The maximum angle difference depends on the combination of other two parameters, and reaches its maximum at lower GSI values. Based on the analysis of available data, upper and lower bound values of hyperbolic parameters are determined for flysch. Basic angle of friction is determined as weighted average value with regard to sandstone and siltstone participation.
In order to verify the proposed parameters, back analysis of several failed slopes is performed. In the case of shallow failures in flysch curved part of the shear strength envelope, expressed as the ratio of median angle normal stress and normal effective stress, is crucial for (in)stability. Equivalent linear Mohr-Coulomb parameters overestimate the shear strength in considered cases.
In the case of Permian sediments the state of failure for predefined sliding surface is reached by reducing the GSI value.

Датум

Права

Ауторство-Некомерцијално-Делити под истим условима 3.0 Србија (CC BY-NC-ND 3.0)

Формат

pdf

Језик

српски

Врста извора

text

Етикете

back-analysis, composite samples, dezintegration, geological strength index, heterogeneity, Hoek-Brown material, jointing, shear strength, stress state, геолошки индекс чврстоће, дезинтеграција, испуцалост, композитни узорак, напонско стање, повратна анализа, хетерогеност, Хоек-Броwнов материјал, чврстоћа на смицање

Цитирање

Берисављевић Зоран, “Дефинисање параметара чврстоће на смицање код извођења косина у испуцалом стенском масиву,” ROmeka@RGF, приступљено 17. januar 2021., http://romeka.rgf.rs/items/show/758.

Embed

Копитати приказани кôд на веб страну.

Дефинисање параметара чврстоће на смицање код извођења косина у испуцалом стенском масиву

Колекција

Везе јединице

Напредно претраживање по метаподацима

Претраживање повезаних записа ис других каталога

Излазни формат