Τεχνικογεωλογική αξιολόγηση και γεωτεχνική ανάλυση ευστάθειας βραχοσφηνών σε υπόγεια έργα σε περιβάλλον γνευσίων: Παραδείγματα και εφαρμογές από τον ελλαδικό χώρο
Creators: name: Παπαδιώτη, Αλεξάνδρα Θωμά
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Γνεύσιος
Βραχοσφήνες
Σήραγγες
Gneiss
wedges
Tunnels

description: Ο υγιής γνεύσιος χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή και μαζώδη δομή. Σε αυτές τις περιπτώσεις υπάρχουν ελάχιστα προβλήματα κατά κατασκευή τεχνικών έργων. Η βασική επιφάνεια ασυνέχειας του πετρώματος είναι η γνευσιακή υφή που είναι αποτέλεσμα της μεταμόρφωσης του πετρώματος. Η ποιότητα του απομειώνεται όταν είναι επηρεασμένος από την τεκτονική και την αποσάθρωση που μπορεί να δρα μέσω των τεκτονικών δομών σε μεγαλύτερα βάθη. Η αυξανομένη επίδραση της αποσάθρωσης στην βραχομάζα περιγράφεται με βαθμούς αποσάθρωσης (I.S.R.M, 1978). Η δομή και τα επίπεδα ασυνεχειών αποτελούν τους σημαντικότερους παράγοντες αστοχίας του σχηματισμού υπό την επίδραση της αποσάθρωσης. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι ο προσδιορισμός της τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς των γνευσιακών σχηματισμών και η ευστάθεια βραχοσφηνών που δημιουργούνται από τα γεωμετρικά στοιχεία των ασυνεχειών κατά την εκσκαφή απογείων έργων. Η περιοχή έρευνας αναφέρεται στο τμήμα της Εγνατίας Οδού, Πολύμυλος - Λευκόπετρα που διασχίζει την δυτική Μακεδονία, καλύπτει μήκος 12,9km και ενώνει την περιοχή με την υπόλοιπη Μακεδονία. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζονται τέσσερις δίδυμες σήραγγες, οι 10, Σ11, Σ12 και Σ13. Η ευρύτερη περιοχή έρευνας ανήκει στην Πελαγονικής ζώνη, η οποία αποτελείται από μεταμορφωμένα και εκρηξιγενή πετρώματα. Οι σχηματισμοί που συναντώνται σε αυτή τη ζώνη είναι γνεύσιοι, γνευσιοσχιστόλιθοι, γνευσιογρανίτες, σχιστογνεύσιοι, γρανιτογεύσιοι και απλιτογρανίτες. Η τεκτονική δραστηριότητα είναι εμφανής κυρίως μέσω των ζωνών διάρρηξης που εντοπίζονται στην περιοχή. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν προέρχονται από τη βάση δεδομένων ‹‹TIAS›› και αφορούν εργαστηριακές δοκιμές, γεωτρήσεις και γεωμετρικά στοιχεία ασυνεχειών. Χρησιμοποιώντας τα παραπάνω πραγματοποιήθηκε στατιστική επεξεργασία, τεκτονικά διαγράμματα και η ανάλυση ευστάθειας. Η τεχνικογεωλογική αξιολόγηση βασίζεται σε στατιστική επεξεργασία των δεδομένων με την χρήση ιστογραμμάτων και διαγραμμάτων διασποράς. Τα αποτέλεσμα δείχνουν ότι η τιμές της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής κυμαίνεται για το μεγαλύτερο ποσοστό του σχηματισμού στην κατηγορία 25-50Mpa με την μέση τιμή να είναι σci=41 Mpa. Από την συσχέτιση της δοκιμής προσδιορισμού του δείκτη σημειακής φόρτισης με το σci παρατηρείται η ιδιά κατηγοριοποίηση. Βάση του δείκτη ποιότητας πετρώματος (RQD%) η ποιότητα των σχηματισμών χαρακτηρίζεται ως πτωχή ενώ η αποσάθρωση για το μεγαλύτερο ποσοστό του κυμαίνεται στους βαθμούς II-IV με το μεγαλύτερο ποσοστό να περιγράφεται από τον βαθμό II. Το GSI κυμαίνεται σε εύρος 30-40 που με βάση το διάγραμμα GSI για τον γνεύσιο προσδιορίζει μετρίως αποσαθρωμένο σχηματισμό ενώ η περιγραφή αυτή μπορεί να συσχετιστεί με το εύρος τιμών του σci. Η κατηγοριοποίηση με βάση το σύστημα ταξινόμησης Q περιγράφει πτωχή ποιότητα βραχομάζας. Από την τεκτονική ανάλυση των γεωμετρικών στοιχείων των ασυνεχειών βρέθηκαν μέσω στατιστικής ανάλυσης τα βασικά συστήματα ασυνεχειών που επηρεάζουν την περιοχή ερευνάς. Χρησιμοποιήθηκε επίσης για την ανάλυση μέση τιμή γωνίας τριβής φpeak=35ο που προσδιορίστηκε από δεδομένα διατμητικής αντοχής ασυνεχειών. Για τον έλεγχο ευστάθειας επισφαλών βραχοσφηνών πραγματοποιήθηκε παραμετρική ανάλυση ως προς της παραμέτρους διατμητικής αντοχής ασυνεχειών με σκοπό να προσδιοριστεί ο συντελεστής ασφάλειας για διαφορετικούς βαθμούς αποσάθρωσης και να προταθούν μετρά υποστήριξης των διαφορετικού όγκου βραχοσφηνών. Τέλος πραγματοποιήθηκε ανάστροφη ανάλυση για τον προσδιορισμό των οριακών παραμέτρων διατμητικής αντοχής ασυνεχειών που χαρακτηρίζουν ευσταθής συνθήκες. Η απομείωση της ποιότητας των ασυνεχειών μέσω της αποσάθρωσης φαίνεται να δημιουργεί δυσμενείς συνθήκες ως προς την ευστάθεια των γνευσιακών σχηματισμών.
description: Gneissic rock mass has massive structure and it approaches high values of strength. Thus, those cases have minor problems during excavation. The main weakness surface that is contained is foliation, as an outcome of metamorphism. The high quality of the rock mass decreases as a result of tectonism and weathering. Through tectonic structures, weathering has higher impact in greater depths. The increasing influence of weathering had been described by weathering grades by I.S.R.M. The structure and the joint’s surface when weathering increases, play a key role on the type of failure, since sliding happens along them. The study focuses at the geotechnical behavior of gneiss and the stability of rock wedges, that have been formed by discontinuities. Those are the two main parameters that have to be examined extensively for the greater understanding of gneissic’s rock mass behaviour during underground excavation. The study area is located along the part of Polymylos - Lefkopetra, Egnatia highway, that crosses west Macedonia, it connects the area with the rest unit, and It covers distance of 12.9km. Moreover, four twin tunnels, S10, S11, S12 and S13, have been examined for the purpose of this study. This area consists of Pelagonian unit formations, such as metamorphic and igneous rocks. More specifically, gneiss, gneiss with a variable percentage of granite or existence of schistose and frequent aplite veins. Tectonic activity was observed through shear zones. The data that have been used for the analyses are provided by ‹‹TIAS›› database. The statistical analysis is based on data from laboratory tests and boreholes, while stability analysis is based on the geometrical data of discontinuities’ surfaces. The geotechnical analysis includes statistical analysis and evaluation of laboratory and drilling data. The results show that the uniaxial comprehensive strength ranges from 25-50Mpa with the average value σci=41Mpa. The correlation of uniaxial comprehensive strength with PLT shows the same observations. Based on the RQD (%), the rock mass is characterized by poor quality while weathering descriptions range from II-IV, but the higher percentage is related to slightly weathered rock mass (II). The GSI estimations range between 30-40 which describes moderately weathered rock mass through GSI table for gneiss and it can be related with the range of σci. The values of Q classification indicate as well, poor quality of rock mass. A tectonic analysis showed the main joint sets that can be form wedge geometry. The friction angle that has been used is φpeak=35ο, based on the shear strength tests of the discontinuities. Finally, a parametrical stability analysis was carried out for the unstable units of the rock mass in order to approach the factor of safety and the support measures that can be used for different volume wedges. The main parameter on this analysis is the grade of weathering on discontinuities surface. Finally, through back analysis has been approached the discontinuities’ parameters c and φ that formed wedges can be marginally stable. The stability and back analysis conclude that when weathering increases the factor of safety decreases, leading to instabilities