KLASIFIKACE HORNIN. J. Pruška MH 4. přednáška 1

Transkript

1 KLASIFIKACE HORNIN J. Pruška MH 4. přednáška 1

2 HISTORICKÝ VÝVOJ Protodjakonov (198) Rusko Terzaghi (1946) USA Lauffer (1958) Rakousko Pacher (1964) Rakousko RQD (1967) USA RMR (1973,1989) JAR Q (1974) Norsko Franklin (1975) Kanada QTS (1977) ČR Basic geotechnical description - ISRM (1981) USA J. Pruška MH 4. přednáška 2

3 Podle tlačivosti Horniny netlačivé Horniny tlačivé Horniny silně tlačivé Horniny bobtnavé J. Pruška MH 4. přednáška 3

4 Podle míry zavodnění Horniny suché Horniny mokré Horniny silně vodnaté J. Pruška MH 4. přednáška 4

5 Třídy ražnosti J. Pruška MH 4. přednáška 5

6 Lauferova J. Pruška MH 4. přednáška 6

7 PROTODJAKONOV 1 tříd horniny Platí pro klasické tunelování Předpokládá vytvoření horninové klenby Horninám přiřazuje součinitel pevnosti f p Zatřídění dle petrografického popisu či pevnosti horniny Pro rozpukaný masiv je nutná redukce součinitelem a popř. indexem RQD J. Pruška MH 4. přednáška 7

8 Určení f p Pro horniny: f p = R 1 h Pro zeminy soudržné f + c p = tg ϕ σ Pro zeminy nesoudržné f p = tg ϕ J. Pruška MH 4. přednáška 8

9 Redukce součinitele f p pomocí součinitele a f = f a p,red p Intenzita rozpukání Stupeň Redukční koeficient a slabé až velmi slabé střední 2,8 1 silné 3,5 -,8 velmi silné 4-5,2 -,5 mimořádně silné - - pomocí indexu RQD f p,r e d = f p R Q D 1 J. Pruška MH 4. přednáška 9

10 8 tříd horniny TERZAGHI Platí pro klasické tunelování Předpokládá vytvoření horninové klenby Vhodná pro ocelovou výstroj Uvažuje porušení horninového masivu diskontinuitami Horninám přiřazuje součinitele tlačivosti c T a c T V roce 1982 provedena revize Rosem J. Pruška MH 4. přednáška 1

11 Druh horniny Zatěžovac í výška H p v [m] Poznámka 1. Tvrdá a neporušená - Lehké ostění jen při výskytu nebezpečí odlupování a padání drobného kameniva 2. Tvrdá vrstevnatá nebo břidličnatá -,5 - C t *B Lehké ochranná provizorní výstroj stropu 3. Masivní, mírně rozpukaná -,25 - C t *B Zatížení stropu se může náhle měnit od jedné k druhé puklině 4. Mírně drobivá,25 -,35,25,35 C t *(B+H t ) nebo C t *(B+ H t ) Žádný boční tlak 5. Značně drobivá -,35 1,1 C t *(B+ H t ) Nepatrný nebo žádný boční tlak 6. Celkem rozdrcená, ale chemicky čistá - 1,1 C t *(B+ H t ) Značný boční tlak zvyšovaný prosakující vodou. Vyžaduje kruhové skruže rozepřené v patkách 7. Stlačitelná - střední hloubka - 1,1 2,1 C t *(B+ H t ) Velký boční tlak, kruhové skruže, definitivní klenba a tuhými ocelovýni vložkami 8. Stlačitelná - velká hloubka - 2,1 4,5 C t *(B+ H t ) Požadují se kruhové skruže, v krajních případech pružné nosníky nebo provizorní výstroj. Pozn.: B je šířka výrubu, H t je výška výrubu, minimální výška nadloží H>1,5*(B + H t ), umístění stropu podzemního díla je předpokládáno pod hladinou podzemní vody, pokud je strop podzemního díla permanentně nad hladinou podzemní vody, pak se pro typ 4 a 5 snižuje hodnota zatížení o 5 %. J. Pruška MH 4. přednáška 11

12 Index RQD RQD = rock quality designation D.U. Deer (1967) Ohodnocení masivu na základě jádrových vrtů -min. 54,7mm Reprezentuje kvalitu horniny in situ Směrově závislý parametr Je nutné vyloučit trhliny vzniklé vrtací technologií Délka kusu z jádrového vrtu se měří v ose jádra J. Pruška MH 4. přednáška 12

13 Index RQD je definován vztahem na základě celkové navrtané délky a délky neporušených kusů v jádrovém vrtu delších než 1 cm : RQD L 1 = 1% L L = nezískáno L = 35 cm L= 2 cm L = L = 17 cm L = 38 cm délky kusů jader > 1 cm RQD = 1% = % = 55% celková délka jádrového vrtu 2 J. Pruška MH 4. přednáška 13

14 Klasifikace podle indexu RQD Kvalita horniny RQD C T f p výborná 1-9 -,15 2, 2,3 dobrá 9 75,15,35 2,3 1,2 střední 75 5,35,7 1,2,7 nízká 5 25,7-1,1,7,5 velmi nízká 25 1,1-1,4,5,4 Vrtné jádro 15 mm z žulového masivu (vliv velkého napětí in situ) (J. Hudson) J. Pruška MH 4. přednáška 14

15 RQD může být určen podle Palmströma (1982) ze směru ploch nespojitosti: RQD = 115 3, 3 J V J v je volumetrický počet spar tj. součet spar na jednotku délky všech systémů ploch nespojitosti J. Pruška MH 4. přednáška 15

16 Index RSR RSR = rock structure rating G.E. Wickham (1972) Kvantitativní metoda popisu horninového masivu na základě více parametrů Určena pro menší tunely s ocelovou výstrojí Má hodnotící systém masivu Určuje vhodnou výstroj podzemní stavby Dnes se už nepoužívá J. Pruška MH 4. přednáška 16

17 Index RSR se stanovuje jako součet bodů, stanovených pro tři parametry RSR= A+B+C Parametr A vyjadřuje geologické podmínky Parametr B je dán hustotou a orientací ploch nespojitosti Parametr C se určuje dle stavu diskontinuit s ohledem na zvodnění výrubu J. Pruška MH 4. přednáška 17

18 Index RMR RMR = Rock mass rating Z.T. Bieniawski (1973) 1989 revize klasifikace 5 tříd horniny (RMR 1) Masiv dělí na strukturní oblasti, které hodnotí samostatně Klasifikuje horniny podle šesti parametrů A F Určuje způsob ražby, stabilitu výrubu, typ výstroje Provázání s ostatními klasifikacemi J. Pruška MH 4. přednáška 18

19 RMR je dán součtem či odečtem bodového ohodnocení parametrů: RMR = Σ(A+B+C+D+E-F) A - pevnost v tahu při bodovém zatížení nebo pevnost v prostém tlaku B - index RQD C - vzdálenost ploch nespojitosti D - charakter ploch nespojitosti E - přítomnost a tlak podzemní vody F - orientace puklin vzhledem ke směru ražby J. Pruška MH 4. přednáška 19

20 Na základě zkušeností odvodil Bieniawski vztah mezi indexem RMR a indexem Q: RMR = 9 ln Q + 44 a vztah mezi indexem RMR a modulem přetvárnosti horninového masivu E def : Edef = 2 RMR 1 J. Pruška MH 4. přednáška 2

21 INDEX Q Barton, Lien, Lunde (1974) 38 tříd horniny Navržen na základě analýzy 212 staveb tunelů ve Skandinávii Hodnotí masiv na základě šesti parametrů (Q = 1) Určuje tlak na výstroj a způsob vystrojení Návaznost na ostatní klasifikace Klasifikace se neustále vyvíjí Vhodná pro numerické modelování J. Pruška MH 4. přednáška 21

22 Parametry klasifikace J n počet puklinových systémů J r drsnost puklin J a zvětrání ploch diskontinuity či výplní J w vodní tlak SRF podmínky tlakového projevu horninového masivu RQD klasifikace Deera Q R Q D J r = J J n a J w SRF J. Pruška MH 4. přednáška 22

23 Výstroj tunelu je zavedena pomocí ekvivalentního rozměru L L = rozpětí nebo výška (m) ESR ESR excavation support ratio Délka svorníků je dána vztahem L = 2 +,15 B ESR Maximální nevystrojené rozpětí se určí rovnici Bmax = 2 ESR Q,4 J. Pruška MH 4. přednáška 23

24 Určení velikosti horninového tlaku J. Pruška MH 4. přednáška 24

25 Určení způsobu vystrojení tunelu J. Pruška MH 4. přednáška 25

26 Určení parametrů rukopis Bartona J. Pruška MH 4. přednáška 26

27 QTS Regionální klasifikace (Praha) Tesař (1977) Využívá zkušenosti z výstavby metra Vazba na ostatní indexové charakteristiky Horninu klasifikuje body Navazuje na technologické skupiny hornin Určuje postup ražby a vystrojení J. Pruška MH 4. přednáška 27

28 Index QTS je určen počtem klasifikačních bodů TS a jejich redukcí QTS ( ) = TS α + β + γ + δ TS = A+ B+ C= 1log σ + 262, log d+ 62, log D+ 614, A pevnost úlomků horniny v prostém tlaku σ d [MPa] d B průměrná vzdálenost ploch nespojitosti d [m] hloubka zkoumané horniny pod bází pokryvných útvarů D [m]. J. Pruška MH 4. přednáška 28

29 Redukční parametry α při sklonu hlavních ploch nespojitosti mezi 3 až 8 β plochy diskontinuit nepříznivě ukloněné, rovné, hladké nebo s výplní jílů γ při výskytu podzemní vody, protékající volně δ při vývěrech podzemní vody pod hydrostatickým tlakem J. Pruška MH 4. přednáška 29

30 Technologické skupiny hornin Šířka výlomu (m) 1 8 IV. III. II. I. b I.a nevhodné zcela nest. nepříznivé nestabilní 2 hod. zhoršené dobré dočasně stabilní stabilní s ojed. nadvýl. 2 hod. - 2 dny nadvýl. 2-2 dní > 2 dní velmi dobré stabilní technologická skupina podmínky pro ražení stabilita horniny nosnost horniny 6 III. III. II. I. I. litá skála ražnost 4 2 D velmi špatná C špatná B dobrá A velmi dobrá zatřídění horniny kvalita horniny Počet klasifikačních bodů QTS J. Pruška MH 4. přednáška 3

31 Vazby indexu QTS na ostatní klasifikace a mechanické vlastnosti hornin MPa 1 1, RQD 1 8,8 E 1 Edef ϕ 6 RSR,6 1 4 CT,4 CT 1, C 2 RR,2 ν fp,1, QTS QTS J. Pruška MH 4. přednáška 31

32 Vzájemné vazby indexových charakteristik RQD RSR RR 1 78 RQD 5 RSR 27 RR fp J. Pruška MH 4. přednáška 32

33 Rozvoj klasifikací fuzzy logiku metodu RES rock engineering system J. Pruška MH 4. přednáška 33

34 Fuzzy technika a ) 1 A ) B ) P ra v d iv o st P ra v d iv o st f) 1 c h la d n á příje m n á h o rk á c h la d n á příje m n á h o rk á te p lo ta C te p lo ta C b ) 1 P ra v d iv o s t g ) 1 P ra v d iv o st c h la d n á h o rk á te p lo ta C te p lo ta C c ) 1 P ra v d iv o st příje m n á h ) 1 P ra v d iv o st příje m n á d ) te p lo ta C P ra v d iv o st příje m n á te p lo ta C i) 1 2 P ra v d iv o st příje m n á 4 te p lo ta C te p lo ta C e ) 1 P ra v d iv o s t c h la d n á n e b o příje m n á j) 1 P ra v d iv o st c h la d n á a příje m n á te p lo ta C te p lo ta C Teplota vody s booleovským rozhraním (A) a neostrým fuzzy rozhraním (B) a) ostré rozhraní, pásma se nepřekrývají b) ostré rozhraní, pásma se překrývají c) ostré rozhraní, pásma se překrývají d) ostré rozhraní, pásma se překrývají e) logický součet OR odpovídající sjednocení množin f) fuzzy rozhraní pásem g) fuzzy součin ANF h) operace NOF chladná a NOF horká i) zavedením druhé mocniny j) aritmetické sčítání J. Pruška MH 4. přednáška 34

35 ( 1) Ohodnocení indexu Q Q = Fuzzy technikou RQD J n J J r a J w SRF 1 RQD 1 Jr 1 Jw Jn 1 Ja 1 SRF Q. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1, J. Pruška MH 4. přednáška 35

36 Metoda RES Rock Engineering system Důležitost parametrů pro návrh úložiště radioaktivního materiálu Poče et referencí Napětí Posuny Hledisko Diskontinuit Propustnost Ploužení Youngův Pevnost v Pórovitost Hustota Poissonovo Tlak vody Bobtnání Rychlost vln Pevnost v Difuse Chemické Smyková Vlhkost Sorpce Úhel tření Zrnitostní Chemické Akustická Tuhost spar Soudržnost Sedání Smyková Konsolidace Součinitel Efektivní CONFINING Počáteční Tvar zlomu Pórovitost Propustnost Úhel tření Soudržnost Rozpustnost Roztažnost Lineární Eroze Poddajnost Únosnost Tuhost Histogram důležitosti parametrů při návrhu úložiště radioaktivních odpadů (dle Arnolda, 1993) J. Pruška MH 4. přednáška 36

37 Přehled důležitosti parametrů pro podzemní díla Tlakové hydrotechnické štoly Podzemní kaverny Úložiště radioaktivních odpadů Primární napětí Hloubka kaverny Primární napětí Stálost diskontinuit Orientace diskontinuit Vyvolané posuny Topografické faktory Primární napětí Teplotní poměry Přítomnost zlomů a vrás Přítomnost zlomů Geometrie diskontinuit Umístění štoly Typ horniny Propustnost Otevřenost diskontinuit Četnost diskontinuit Časově závislé vlastnosti Geometrie horninového masivu Otevřenost diskontinuit Modul pružnosti Výplň diskontinuit Hydrologické podmínky Pevnost v tlaku Přetlak vody ve štole Modul pružnosti neporušené horniny Pórovitost Hydrologické podmínky Modul pružnosti horninového masivu Hustota J. Pruška MH 4. přednáška 37