Πειραματική μελέτη και προσομοίωση της διατμητικής συμπεριφοράς ασυνεχειών βραχομάζας κατόπιν σιμεντενέσεων

Abstract

Object of the present research is the effect of grout in the shear behavior of rock joints. The methodology of research included comparative studies of behavior of grouted rock joints (change of factors and study of relative effect). The comparative regards were based on elements by numerical simulations and experimental measurements of the grouted rock joints behavior. The results of the numerical analyses are: Small thickness of grout increases the joint shear strength. After a critical thickness of the grout (~5mm) the joint shear strength remains constant or presents relative reduction. The increase of joint shear strength due to the presence of grout is at 1.5 - 2.0 times bigger in rough rock joints. The observation concerns identical rough rock joints replicas while in natural the rate of increase is smaller or almost null. The results of the experimental studies are the following: Small thickness of grout (<5mm) causes improvement of peak joint shear strength. The presence of grout does not influence the residual joint shear strength. The rate of increase of the peak joint shear strength depends from the roughness of the rock joints and it tends to zero with increase of roughness. The results of the numerical analyses and the experimental studies show that the natural characteristics of rock joints that influence the shear behavior are: Τhe joint roughness (the effective joint roughness coefficient -JRCeff- will be smaller from the initial), the stength of the rock and of the grout (it will be selected depending on the case receiving the minimal price from the two) and the residual joint friction angle Φr, which is equal with the joint friction angle of the grout or with the average of the friction angle of rock and grout. Taking into account all the above, it is proposed the following formulation of Barton-Bandis shear strength failure criterion: τpeak = Ci + σn tan [JRC(eff) log10 (UCS(eff)/σn) +Φr(eff)].

Αντικείμενο της παρούσας έρευνας υπήρξε η επίδραση της προσθήκης ενέματος (δια της τεχνικής των σιμεντενέσεων) στη μηχανική συμπεριφορά και ιδιαιτέρως στη διατμητική συμπεριφορά ασυνεχειών βραχομάζας. Η μεθοδολογία της έρευνας περιέλαβε συγκριτικές μελέτες της συμπεριφοράς ασυνεχειών με ένεμα υπό μορφή παραμετρικών διερευνήσεων. Οι συγκριτικές θεωρήσεις βασίσθηκαν σε στοιχεία από αριθμητικές προσομοιώσεις και πειραματικές μετρήσεις. Από το σύνολο των αριθμητικών αναλύσεων διαπιστώνονται τα ακόλουθα: Η εισαγωγή μικρού πάχους ενέματος επιφέρει σημαντική αύξηση της διατμητικής αντοχής της ασυνέχειας. Μετά από ένα κρίσιμο πάχος ενέματος (~5mm) η διατμητική αντοχή είτε παραμένει σταθερή είτε παρουσιάζει σχετική μείωση. Στις τεχνητές ανεπίπεδες ασυνέχειες η αύξηση της διατμητικής αντοχής λόγω της παρουσίας ενέματος είναι κατά 1.5 - 2.0 φορές ενώ στις φυσικές το ποσοστό αύξησης είναι μικρότερο ή σχεδόν μηδενικό. Από το σύνολο των πειραματικών δοκιμών διαπιστώνονται τα ακόλουθα: Η παρουσία ενέματος μικρού πάχους (<5mm) προκαλεί βελτίωση της μέγιστης διατμητικής αντοχής. Η παρουσία ενέματος (t) δεν επηρεάζει αξιόλογα την ελάχιστη διατμητική αντοχή. Το ποσοστό προσαύξησης της μέγιστης διατμητικής αντοχής εξαρτάται από την τραχύτητα των τοιχωμάτων. Τα φυσικά χαρακτηριστικά των ασυνεχειών που επηρεάζουν το μηχανισμό διάτμησης είναι: Η ανεπιπεδότητα της ασυνέχειας (η ενεργοποιημένη τιμή ανεπιπεδότητας -JRCeff- θα είναι μικρότερη της αρχικής), η αντοχή του πετρώματος και του ενέματος (επιλέγεται ανάλογα με την περίπτωση λαμβάνοντας την ελάχιστη τιμή εκ των δύο) και η ελάχιστη ή παραμένουσα γωνία τριβής Φr, η οποία ισούται με την γωνία εσωτερικής τριβής του ενέματος ή με τη μέση τιμή της γωνίας τριβής πετρώματος και ενέματος. Με βάση όλα τα παραπάνω προτείνεται η ακόλουθη διατύπωση της βασικής συνάρτησης του μοντέλου Barton-Bandis: τpeak = Ci + σn tan [JRC(eff) log10 (UCS(eff)/σn) +Φr(eff)].