Ανάλυση της συμπεριφοράς στρωσιγενούς πετρώματος γύρω από υπόγεια ανοίγματα
Authors: Γιούτα-Μήτρα Παρασκευή 
Published: September 2021

Οι στρωσιγενείς οροφές και η μηχανική τους συμπεριφορά αποτελούν το αντικείμενο της παρούσης έρευνας. Οι στρωσιγενείς σχηματισμοί μπορούν να είναι από συμπαγείς έως πολυρωγματωμένοι. Στην ενότητα που αφορά την περίπτωση συμπαγών στρωσιγενών οροφών, το μόνο ουσιαστικό επίπεδο αδυναμίας είναι η στρώση. Προσδιορίζεται αναλυτική λύση με χρήση της θεωρίας της τασικής συνάρτησης Airy για αμφιέρειστη και αμφίπακτη δοκό σε συντηρητικό πεδίο δυνάμεων (ίδιον βάρος). Η επίλυση βασίζεται στην θεωρία του Timoshenko για την κάμψη δοκών υπό κατανεμημένο φορτίο. Η αναλυτική λύση συγκρίνεται με τις υπάρχουσες και επαληθεύεται με αριθμητικές μεθόδους. Το προσομοίωμα χρησιμοποιείται για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς οροφής αποτελούμενης από δύο διαδοχικά στρώματα με διεπιφάνεια η αντοχή της οποίας καθορίζεται από τη γωνία εσωτερικής τριβής και η οποία συσφίγγεται με ηλώσεις ώστε να ενεργοποιηθεί η αντοχή αυτή. Εκτελούνται παραμετρικές αναλύσεις για τον προσδιορισμό των επιπτώσεων λόγου Poisson, γωνίας τριβής, μήκους και διαμέτρου των αγκυρίων, δύναμης προέντασης και των μεταξύ τους αποστάσεων. Εντοπίζεται επίσης η διαφοροποίηση του αποτελέσματος μεταξύ της εφαρμογής πραγματικής υποστήριξης με σημειακές συσφιγκτικές δυνάμεις σε σχέση με την θεωρητική ενίσχυση καθ’ όλο το πλάτος της οροφής. Η τιμή της συσφιγκτικής δύναμης που απαιτείται να ασκηθεί από το σύστημα των ηλώσεων για την ενίσχυση οροφής εξετάστηκε εκτενώς και προσδιορίστηκε επακριβώς, με βάση την ανωτέρω αναφερόμενη αναλυτική λύση της δοκού υπό ίδιον βάρος με τασική συνάρτηση. Η επαλήθευση πραγματοποιήθηκε με την αριθμητική επίλυση με κώδικα πεπερασμένων διαφορών διστρωματικής οροφής με μεταβαλλόμενα πάχη για τα δύο στρώματα. Δίνονται τα όρια της εφαρμοσιμότητας της λύσης και προτείνεται απλοποιημένη εξίσωση για τον συντηρητικό προσδιορισμό του μεταβιβαζόμενου φορτίου. Επιπλέον, γίνεται αριθμητική προσομοίωση με κώδικα διακριτών στοιχείων των φυγοκεντρικών πειραμάτων του Panek. Χρησιμοποιήθηκαν δύο ευρέως διαδεδομένα κριτήρια αστοχίας για τις ασυνέχειες, το Mohr-Coulomb και το Barton-Bandis και προσδιορίστηκε πoιο αποδίδει καλύτερα τη συμπεριφορά της ηλωμένης οροφής. Επετεύχθη επίσης μία καλή επαλήθευση της εξίσωσης που είχε προταθεί από τον Panek για τη συμπεριφορά στρωσιγενούς οροφής που ενισχύεται με προεντεταμένους ήλους. Η μετελαστική συμπεριφορά στρωσιγενούς οροφής η οποία περιέχει επιπλέον ρωγματώσεις καλύπτεται στη δεύτερη ενότητα. Οι ρωγματώσεις είναι συνήθως κάθετες στο επίπεδο της στρώσης και μπορούν να είναι αραιές έως και πολύ πυκνές. Η δεύτερη αυτή περίπτωση, η οποία ορίζει την πολυρωγματωμένη οροφή, εξετάζεται αναλυτικά υπό την νέα θεώρηση ενός σχηματιζόμενου τόξου πιέσεων εσωτερικά στην οροφή το οποίο έχει το σχήμα της αλυσοειδούς καμπύλης. Η θεωρία του τόξου πιέσεων δεν είναι νέα, ωστόσο, αναλυτική λύση για πολυρωγματωμένες οροφές δεν υπήρχε έως τώρα. Το κενό αυτό έρχεται να καλύψει το μέρος αυτό της εργασίας. Παρουσιάζεται αναλυτικά η λογική με την οποία επελέγη η εξίσωση της αλυσοειδούς ως έκφραση του σχηματιζόμενου τόξου πιέσεων σε μία οροφή αποτελούμενη από πολλούς πλέον θολίτες. Εν συνεχεία προσδιορίζονται αναλυτικές εξισώσεις υπολογισμού όλων των εμπλεκόμενων μεγεθών λαμβάνοντας υπόψη τη γεωμετρία, τις μηχανικές παραμέτρους και τη φόρτιση που δέχεται η υπόγεια οροφή. Παρέχεται μέθοδος ελέγχου σε τρεις μορφές αστοχίας: κάμψη (λυγισμός), θλίψη και ολίσθηση. Τα αποτελέσματα ελέχγονται με αριθμητικές αναλύσεις, σύγκριση με πειραματικά δεδομένα και μία πραγματική περίπτωση υπόγειου μεταλλείου μαγνησίτη.