Μηχανική συμπεριφορά σκληρών εδαφών-μαλακών βράχων

Abstract

This thesis aims to the determination of the mechanical behaviour of geological formations which are classified as hard soils-soft rocks. Formations of this type from Peloponnesus, Greece are examined, in the framework of this research, the ineluctability of examining in Greece hard soil-soft rock material behaviour by determining its mechanical properties based on a rock mechanics approach has been realized. Given the specific physis of hard soils-soft rocks there has been the need to focus on the methodology of sampling and laboratory testing and assess alterations in order to adjust them to the speciaIties of these certain formations. A complete sequence of methods and techniques is suggested, in order to achieve examination of their mechanical behaviour. Sampling focused on Korinth, Patras, Pyrgos and Kalamata sedimentary basins and refers to soft rocks of Neogene age from 28 different sites. Systematic geological and geotechnical description of these sites of investigation has been conducted and the formations examined have been classified in their corresponding environment. 31 triaxial tests have been executed in order to examine the mechanical parameters as part of a widened laboratory research which included determination of all the mechanical and dynamical properties as well as physical parameters. XRD testing has been included in order to provide information about the sample mineralogy, used as a means of evaluating the impact of mineralogy to the mechanical behaviour. The results of laboratory testing are used for addressing their range and typical values to the corresponding material type. Relationships between the parameters are also evaluated. Mohr-Coulomb and Hoek-Brown failure criteria were applied and their failure envelope fits to the true laboratory data are evaluated. All of the above are examined by considering the data as of corresponding to one (soft) rock type and also by considering the lithological differentiation of the sandy and finer types. The interdependence of the parameters describing mechanical behaviour was examined after taking in consideration data that refer to pure rock in order to reveal the equivalence in mechanical behaviour of the soft rocks to pure rocks. The results provide comparison between the intrinsic characteristics of these rock types and thus project the importance of hard soil-soft rock examination into understanding the mechanical behaviour of the full geotechnical spectrum.

Η παρούσα διατριβή διερευνά τη μηχανική συμπεριφορά των γεωλογικών σχηματισμών που αναφέρονται ως σκληρά εδάφη-μαλακοί βράχοι με χαρακτηριστικά αντοχών που τα κατατάσσουν ενδιάμεσα των εδαφικών και των βραχωδών υλικών. Εξετάζει εμφανίσεις τους σε περιοχές της Πελοποννήσου. Διευρύνει τη διερεύνηση των υλικών αυτών στον Ελληνικό χώρο με την εξέταση των μηχανικών παραμέτρων ακολουθώντας τη μεθοδολογία της Βραχομηχανικής. Για την επίτευξη του στόχου αυτού έγινε μελέτη και τροποποίηση των μεθόδων διερεύνησης με σκοπό την προσαρμογή των σχετικών διαδικασιών στην ιδιαίτερη φύση των υλικών αυτών. Έτσι προτείνεται ολοκληρωμένη διαδικασία και τεχνικές εξέτασης από την απόληψη των υλικών στο πεδίο έως τον προσδιορισμό των μηχανικών παραμέτρων. Η δειγματοληψία επικεντρώθηκε στις λεκάνες ιζηματογένεσης του Κορινθιακού και του Πατραϊκού κόλπου, του Πύργου και της Καλαμάτας. Αφορά ιζηματογενή πετρώματα Νεογενούς κυρίως ηλικίας από 28 σημεία. Για τη συσχέτιση των μηχανικών χαρακτηριστικών των υλικών με τις περιοχές δειγματοληψίας, καταγράφονται και περιγράφονται οι θέσεις στο ευρύτερο γεωλογικό και τεχνικογεωλογικό περιβάλλον που εντάσσονται. Ο προσδιορισμός των μηχανικών παραμέτρων πραγματοποιείται με την υλοποίηση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων από 31 δοκιμές τριαξονικής φόρτισης, ενώ η εργαστηριακή έρευνα εξετάζει και τις δυναμικές παραμέτρους καθώς και τα φυσικά χαρακτηριστικά. Επίσης, διερευνάται η ορυκτολογία των υλικών αυτών με τη μέθοδο της περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ, με σκοπό την εξέταση της επίδρασης της ορυκτολογικής σύστασης στη μηχανική συμπεριφορά. Με βάση τα αποτελέσματα της εργαστηριακής έρευνας προσδιορίζεται το πλαίσιο της συμπεριφοράς των υλικών αυτής της κατηγορίας. Εξετάζονται οι συσχετίσεις μεταξύ των μεγεθών και καθορίζονται οι μαθηματικές σχέσεις που τις ορίζουν. Διερευνάται και η εφαρμογή των δύο κύριων κριτηρίων θραύσης, Mohr-Coulomb και Hoek-Brown. Όλες οι παραπάνω έρευνες πραγματοποιούνται με τη θεώρηση των υλικών ως μια ομάδα αλλά και διαχωρισμένα σε δύο επιμέρους κατηγορίες με βάση τη λιθολογική φάση τους, την ψαμμιτική και τη λεπτομερέστερη. Για τον καθορισμό, τέλος, της αντιστοιχίας της συμπεριφοράς των ενδιάμεσων αυτών υλικών με καθαρά βραχώδη υλικά, εξετάζονται οι συσχετίσεις των μηχανικών τους παραμέτρων επιτρέποντας τη σύγκριση της συμπεριφοράς μεταξύ βράχων και ενδιάμεσων υλικών αναδεικνύοντας τη σημασία της εξέτασης των σκληρών εδαφών-μαλακών βράχων στην κατανόηση της συμπεριφοράς του πλήρους γεωτεχνικού φάσματος.