Γεωλογικοί παράγοντες που επηρεάζουν τις γεωτεχνικές ιδιότητες του βράχου - η επίδραση της ανισοτροπίας
Authors: Σαρόγλου Χαράλαμπος 
Published: August 2021

Στην παρούσα Διατριβή διερευνάται εκτενώς η συμπεριφορά του άρρηκτου πετρώματος που χαρακτηρίζεται από εγγενή ανισοτροπία δομής. Αυτή οφείλεται στη διάταξη των ορυκτών σε επίπεδα και συναντάται κυρίως στα μεταμορφωμένα (λόγω της φολίδωσης τους) και λιγότερο στα ιζηματογενή και στα πυριγενή πετρώματα. Εξετάστηκε η συμπεριφορά των μεταμορφωμένων πετρωμάτων από τον Ελλαδικό χώρο, και συγκεκριμένα του Αθηναϊκού σχιστόλιθου, του γνευσίου από την περιοχή της Βέροιας και του μαρμάρου της Πεντέλης. Τα πετρώματα που επελέγησαν χαρακτηρίζονται από διαφορετικό βαθμό ανισοτροπίας. Ο σχιστόλιθος που εξετάστηκε διακρίνεται σε δύο τύπους: α) σε χλωριτικό-μοσχοβιτικό-σχιστόλιθο και β) σε χαλαζιακό-χλωριτικό-μοσχοβιτικό σχιστόλιθο, χαρακτηρίζεται δε από μέτρια και χαμηλή ανισοτροπία αντοχής αντίστοιχα. Ο γνεύσιος διακρίνεται σε α) μοσχοβιτικό και β) σε δι-μαρμαρυγιακό γνεύσιο και χαρακτηρίζεται από μέτρια και μέτρια-υψηλή ανισοτροπία αντοχής αντίστοιχα. Το μάρμαρο Πεντέλης παρουσιάζει μια ατελή ανάπτυξη ανισοτροπίας δομής και χαρακτηρίζεται ισότροπο έως χαμηλού βαθμού ανισοτροπίας αντοχής. Η επίδραση της ανισοτροπίας στις γεωτεχνικές ιδιότητες του άρρηκτου πετρώματος προσδιορίστηκε με την εκτέλεση μεγάλου αριθμού δοκιμών Βραχομηχανικής στα παραπάνω πετρώματα. Συγκεκριμένα εκτελέστηκαν δοκιμές μονοαξονικής και τριαξονικής θλίψης, δοκιμές διάδοσης υπερήχων, δοκιμές έμμεσου εφελκυσμού και σημειακής φόρτισης. Ακόμα, για την διερεύνηση του πλαισίου της συμπεριφοράς του ανισότροπου άρρηκτου πετρώματος συλλέχθηκε μεγάλος αριθμός δεδομένων από την διεθνή βιβλιογραφία. Αναζητήθηκε όλη η σχετική βιβλιογραφία που αφορά τον προσδιορισμό των γεωτεχνικών ιδιοτήτων στο ανισότροπο άρρηκτο πέτρωμα, τη συμπεριφορά που συναντάται σε αυτά με βάση προηγούμενες έρευνες, την μέτρηση της ανισοτροπίας της μικρο-δομής των μεταμορφωμένων πετρωμάτων με ποσοτικούς και ποιοτικούς δείκτες. Ακόμα τις συσχετίσεις των γεωτεχνικών ιδιοτήτων του άρρηκτου πετρώματος σε σχέση και με τον προσανατολισμό του επιπέδου ανισοτροπίας και τέλος την πρόβλεψη της αντοχής με τη βοήθεια κριτηρίων που λαμβάνουν υπόψη την επίδραση της ανισοτροπίας. Στη βιβλιογραφία παρατηρείται μεγάλος αριθμός ερευνών που αφορούν την περιγραφή της ανισότροπης συμπεριφοράς του άρρηκτου πετρώματος και της βραχόμαζας, ενώ υπάρχει έλλειψη συνδυαστικών ερευνών που να συνθέτουν την επίδραση της ανισοτροπίας σε μια ομάδα πετρωμάτων με παρόμοια ορυκτολογική σύσταση, όπως π.χ. των μεταμορφωμένων πετρωμάτων. Ακόμα, υπάρχει έλλειψη στη συγκριτική χρήση διαφόρων δεικτών για την μέτρηση του βαθμού και την περιγραφή της ανισοτροπίας του άρρηκτου πετρώματος. Τέλος, ενώ έχουν διατυπωθεί πληθώρα συσχετίσεων μεταξύ των βασικών φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων του άρρηκτου πετρώματος από πολλούς ερευνητές, ελάχιστες είναι εκείνες οι συσχετίσεις γεωτεχνικών ιδιοτήτων που λαμβάνουν υπόψη και τον προσανατολισμό του επιπέδου ανισοτροπίας. Με βάση όλα τα παραπάνω, η παρούσα διδακτορική διατριβή ασχολήθηκε με τη: α) συνδυαστική και συγκριτική αξιολόγηση των γεωτεχνικών ιδιοτήτων του ανισότροπου άρρηκτου πετρώματος των δεδομένων της βιβλιογραφίας και των δεδομένων της εργαστηριακής έρευνας που έγινε στα πλαίσια της διατριβής, δίνοντας την απαιτούμενη σημασία στην επίδραση της ορυκτολογίας και την περιγραφή αυτής, β) διατύπωση του τρόπου ταξινόμησης του ανισότροπου άρρηκτου πετρώματος με βάση την αντοχή σε μονοαξονική θλίψη, σci, την ταχύτητα διάδοσης των επί μηκών κυμάτων, Vp, την αντοχή σε σημειακή φόρτιση, Is₅₀, τη χρήση πετρογραφικών δεικτών, γ) τη διατύπωση συσχετίσεων των γεωτεχνικών ιδιοτήτων που να λαμβάνουν υπόψη και τον προσανατολισμό του επιπέδου ανισοτροπίας. Δεδομένου ότι το κριτήριο Hoek - Brown χρησιμοποιείται ευρέως σε ανισότροπα πετρώματα, έγινε καταχρηστικά εφαρμογή αυτού σε διάφορους προσανατολισμούς του επιπέδου ανισοτροπίας και προσδιορίστηκε η μεταβολή των παραμέτρων του (σci, mi και s). Η ενσωμάτωση της ανισοτροπίας στο κριτήριο Hoek - Brown έγινε με την τροποποίηση του για την πρόβλεψη της ανισοτροπίας της αντοχής. Η τροποποίηση αυτή βασίστηκε στην εισαγωγή μιας νέας παραμέτρου στο κριτήριο Hoek - Brown, k, η οποία προσομοιάζει την επίδραση της ανισοτροπίας στην αντοχή. Το εύρος της παραμέτρου αυτής προσδιορίστηκε με βέλτιστη προσαρμογή στα δεδομένα των τριαξονικών δοκιμών που εκτελέστηκαν σε γνεύσιο, σχιστόλιθο και μάρμαρο. Διαπιστώθηκε ότι το εύρος της παραμέτρου, k, σχετίζεται άμεσα με το βαθμό ανισοτροπίας της αντοχής του άρρηκτου πετρώματος, όπως προσδιορίστηκε σε συνθήκες μονοαξονικής και τριαξονικής θλίψης.