Bimrock jellegű kőzetek vizsgálata az Avas-Északon

Mérnökgeológia-Kőzetmechanika 2015 (Szerk: Török Á., Görög P. & Vásárhelyi B.) oldalak: 97 – 108

Bimrock jellegű kőzetek vizsgálata az Avas-Északon Investigation of rocks in Avas-North area as bimrock Vámos Mariann Debreceni Egyetem, Földtan és Ásványtan Tsz, Debrecen, [email protected]

Görög Péter BME, Geotechnika és Mérnökgeológiai Tsz, Budapest, [email protected]

Vásárhelyi Balázs BME, Geotechnika és Mérnökgeológiai Tsz, Budapest, [email protected]

ÖSSZEFOGLALÁS: A bimrock típusú csoportba olyan összetett, komplex kőzettípusokat sorolunk, melyekben a finomabb szemcséjű mátrix anyagba geotechnikailag jelentős blokkok, kavicsok találhatók és a blokk-mátrix anyag között fellépő mechanikai feszültségek befolyásolják a kőzet szilárdságát. A bimrock típusú kőzetek nemzetközi szakirodalomba való bevezetése akkor vált szükségessé, amikor építmények, alagutak kivitelezésénél a kőzetek szilárdságának meghatározása során nem vették figyelembe a mátrix/blokk anyag között keletkezett mechanikai feszültséget és tönkremenetelek jelentkeztek. Jelen cikkben a bimrock típusú kőzetek hazai elterjedésére, egy erősen antropogén hatás alatt álló területen, a miskolci Avas-Észak domboldalon, való megjelenésére mutatunk be példát, ahol számos pincét vágtak ilyen típusú kőzetbe. A bimrock azonosítását a nemzetközi szakirodalomban ismert módszer alapján végeztük el. ABSTRACT: The complex structured rocks which have large blocks in a fine grained matrix material called bimrock type rocks. Other criterion for them, that the mechanical stresses between the matrix and blocks should influenced the strength of the rock. The introduction and detailed investigation of the bimrock type rocks started after that some tunnel failure occured because of the overestimation of the strength parameters of this kind of rocks. This paper introduce a bimrock type rock of Hungary which can found in an area with antropogenous influences. This area is the Avas-North hillslope in Miskolc, North Hungary where lot of cellars have been cut into bimrock type rocks. The indetification of the bimrock were done according to the method described in international literature. Kulcsszavak: bimrock, extraklasztos andezittufa-homokkő mátrix, pince, üregvédelem Keywords: bimrock, andesite-sandstone matrix content with blocks and extraclasts, wine cellars, cellar protection 1. BEVEZETÉS A geológiai folyamatok változatos kőzettípusokat, kőzettesteket eredményeznek. Összetett kőzettípusokat szedimentációs (kavicsos konglomerátum, tillitek), vulkanoklasztikus kiömlési vulkáni (agglomerátumok, piroklasztitok, laharok), szerkezeti töréses kataklasztikus (tőréses breccsa) folyamatok eredményezhetnek, melyeket kémiai és mechanikai folyamatok is tovább alakíthatnak. A fragmentálódott kőzetek jelentős csoportját a blokk a mátrixban típusú kőzetek (BIMROCK) közé sorolhatjuk (1. ábra). Jelen cikkben a geológiai leírásoktól, megfogalmazásoktól eltekint, mivel a cikk célja a bimrock típusú kőzetekre vonatkozó a mérnöki alkalmazásban is jelentős mérnökgeológiai, geotechnikai problémákat célul kitűző nemzetközi irodalom áttekintése és az ilyen típusú megközelítés hazai alkalmazhatóságának bemutatása.

Vámos – Görög – Vásárhelyi

1. ábra. Bimrock típusú csoportba sorolható összetett kőzetre egy példa Sönmez 2004, BA jelentése fekete színű andezit blokk, a PA jelentése pink szinű andezitblokk, T pedig a tufa mátrix. (An example for the bimrock type of rock. It was published by Sönmez 2004) Először Medley (1994) alapvető mérnöki problémák felől közelítette meg az ilyen kőzetek és hasonló kőzet/talaj keverékek vizsgálatát, majd ezekre vonatkoztatva megalkotta másodlagos geológiai jelentés nélküli kifejezést, a „bimrock”-ot. Medley által legelőször vizsgált összetett kőzettípus az üledékesen keletkezett és tektonikusan kialakuló Franciscan Melanges Formáció (Kalifornia, USA) volt. A melanges-okon végzett vizsgálatok eredményei tették lehetővé, hogy a módszer a későbbiekben gyengébb szilárdságú bimrock típusú kőzetekre is alkalmazható legyen (Medley, 2007). 2. „BIMROCK” KŐZETEK VIZSGÁLATA 2.1 A „bimrock” azonosítása A bimrock kőzettest osztályozását meg kell előznie az azonosításának. Légi fotók, illetve a hozzáférhető geológiai információk, így pl. földtani térképezés, fúrómagok, laboratóriumi vizsgálatok. A legpontosabb információt a földtani térképezések megfelelő feldolgozásával és a fúrások eredményeiből szerezhetünk, a blokk és a mátrix relatív szilárdságát geológus kalapáccsal, valamint a nemzetközi szabványokban is elfogadott Schmidt-kalapáccsal illetve pontszilárdság vizsgálatokkal határozhatjuk meg a legegyszerűbben. A bimrock osztályozásának legfontosabb paramétere a VBP, azaz az egy térfogategységre eső blokk arány. Közvetlen meghatározása 3-féle módszerrel lehetséges:   

fúrómagon vonal-menti eloszlás (CLD, 1D felvétel) képelemzés (2D felvétel) szitálás (3D felvétel)

A bimrock kőzettípusok mechanikai tulajdonságaik alapján a következőképpen definiálhatók: bimrock-nak minősül minden olyan kőzet, amelyben a beágyazódó fragmentumok és/vagy blokkok geotechnikailag jelentősek, valamint a blokk és a mátrix anyag között jelentős mechanikai (szilárdság) eltérés tapasztalható (Medley 1994, Medley & Zekkos 2011). A geotechnikai jelentőség alatt azt értjük, hogy a blokkok és a mátrix anyag között terhelés hatására elegendő feszültség jön létre ahhoz, hogy a tönkremenetel a blokkok körül jelentkezzen (Wakabayashi & Medley, 2004), valamint azt a határt jelöli ki, ahol a blokk geometriai alakja és aránya még befolyásolja a kőzettest tulajdonságát, mely mérettartománya a laboratóriumi próbatestek cm-es nagyságrendjétől több tíz méterig is terjedhet. Tehát az összetett kőzeteken belül mechanikai értelemben vett leggyengébb zóna a blokk és a mátrix anyag találkozásánál van. A bimrock típusú kőzetek (melanges-ok, breccsák, piroklasztikus kőzetek, tektonikusan töredezett kőzetek) teljes szilárdsága nagyobb értéket vesz fel, a mátrixanyag szilárdságánál, ugyanis a blokkok –

98

Bimrock kőztek

megfelelő térfogati blokk arány esetén – pozitívan befolyásolják a kőzet mechanikai tulajdonságát (Sönmez 2004). Ezért a bimrock kőzettípusok térfogategységre eső blokk arányának függvényében határozhatjuk meg a kőzettest mechanikai tulajdonságait és viselkedését. A szilárdsági és az alakváltozási tulajdonságok az egy térfogategységre eső blokkaránnyal (VBP), a blokk és a mátrix litológája, szilárdsági és diszkontinuitási jellege, a blokkok mérete, alakja, orientáltságuk és a talajvíz áramlási rendszerek alapján azonosíthatók. Sönmez (2004) vizsgálatai szerint, a blokk és a mátrixanyag közötti kölcsönhatás a VBP függvényében összetettebb is lehet, ugyanis, ha az összetett kőzeten belül előforduló kőzetblokkok anyagában is eltérőek, azaz eltérő mechanikai tulajdonságokkal jellemezhetők, akkor a blokk/mátrix anyag között keletkező feszültség befolyásolja a teljes kőzet mechanikai tulajdonságát. 2.2 Bizonytalanság a térfogati blokk arány meghatározásában A valós térfogati blokk aránynak a meghatározott alsó és felső határérték közé kell esnie. Az óvatos és konzervatív megközelítés érdekében a számított térfogati blokk arányt a bizonytalanság értékével csökkenteni kell, ha a bimrock szilárdsági jellemzőinek meghatározása a cél. Másrészt, ha a fejthetőség meghatározására van szükség, például alagútépítés vagy más sziklamunkák esetén, akkor a konzervatív eredmények érdekében, javasolt a bizonytalanság értékével növelni a számított térfogati blokk arányt. Medley (1997) alapján a térfogati blokk arány meghatározásában lévő bizonytalanság (variációs tényező) függvénye a teljes mért hossznak melyet a legnagyobb blokk hossz (dmax) többszörösével (N) fejezhetünk ki. Az 1. ábrán látható szaggatott vonal egy kaliforniai példát mutat be, ahol az elvégzett fúrás teljes hossza körülbelül ötször volt nagyobb mint a legnagyobb blokk méret, azaz az Ndmax értéke körülbelül 5 volt. A fúrómagon felvett lineáris blokk arány körülbelül 40% volt, az 1. ábrán az egyes egyenesek különböző lineáris blokk arányt reprezentálnak 13 és 55% között. Ezáltal a tényleges térfogati blokk arány értékében 0,2-es bizonytalanság van. A példában szereplő térfogati blokk arány értéke a bizonytalanság figyelembe vételével VBP=40%-(0,2*40%)=32%, abban az esetben amikor szilárdsági jellemzőkre van szükség.

2. ábra. A térfogati blokk arány meghatározásában lévő bizonytalanság meghatározása Medley& Zekkos (2011) (The plot provides the uncertainty in determination of volumetric block proportion Medley&Zekkos 2011)

99

Vámos – Görög – Vásárhelyi

2.3 Mérethatás A skálafüggetlenség kifejezést Lindquist 1995-ben vezette be. A litológiai jellemzésnél a blokk és a mátrix anyag kőzettani, ásványtani, illetve esetenként makroszkópos felvételek alapján különíthető el. Skálafüggetlenséget feltételezhetünk a bimrock kőzettestek területi kiterjedésében. Fontos annak a felismerése, hogy a Franciscan Melanges-on belül milliméter és több tíz kilométeres nagyságrendet is felvehet. (Medley, 1994; Lindquist, 1995). Ennek felismerését követően vezettek be egy skálafüggetlen változót a „karakterisztikus mérnöki dimenziót”, Lc-t, mely a mérettartománynak megfelelően eltérő bemeneti paramétereket jelenthet:       

a teljes felület nagysága, √𝐴, ahol „A” a felületi kiterjedését jelenti; a helyszínen található legnagyobb blokk mérete (dmax); egy csuszamlás mögötti szakadási felület vastagsága; egy lejtő vagy egy feltárás magassága; egy alagút átmérője; a lábazat vastagsága; egy (labor) próbatest átmérője.

Bármilyen mérettartományon belül (kiterjedésben) az azonos (self-similarity) blokk méretű osztályok igazolták a skála függetlenséget a Franciscan Melanges Formációban. A karakterisztikus dimenzió a maximálisan megfigyelhető méretet mutatja meg, melyet d mod-dal jelölünk. Medley és Lindquist (1996) ugyanakkor megfigyelte, hogy a skálafüggetlenség miatt a vizsgálataiknál az eredmények a fraktál geometria definíciójának megfelelnek és mérettől függetlenül fraktálként funkcionálnak. Bimrock kőzettípus osztályozásnál számos feltételnek teljesülnie kell:   

A blokk és a mátrix szilárdsága között eltérésnek kell lennie. A karakterisztikus mérnöki dimenzió mérettartományában a legkisebb és a legnagyobb kőzetblokkok befolyásolják a kőzettest tulajdonságait. Az egy térfogategységre eső blokk arány 25% és 75% közötti értéket vegyen fel Medley & Lindquist (1995).

A bimrock kőzettestek mechanikai jellegét a mátrix anyag tulajdonságain kívül a blokk mérete, illetve a blokkok száma határozza meg. Ezek mérése többféle módszerrel, mérési eszközzel végezhető el:  

képelemzési eljárás szemeloszlás meghatározása az egy egységre eső térfogatarány függvényében

A blokk méret eloszlás skálafüggetlenségével a Franciscan Melanges Formáció bármilyen mérnöki mérettartományban azonosíthatóvá vált. Az összes blokk karakterisztikus dimenzióját a maximálisan megfigyelhető dimenzióval (átmérővel), azaz röviden a d mod-dal jellemezhetjük. A dmod értéke nem azonos a maximális átmérő értékkel. A kőzetmechanikában alkalmazott blokk méret eloszlás vizsgálata a változatos méretű blokk frakciók numerikus gyakoriságát (%) jelenti. A d mod mérési módszer alkalmazható 1D-s, 2D-s, illetve 3D-s megjelenési állapotban, melynek során a blokkokat keresztező „vezető vonal” mentén mérjük meg a blokkok x,y,z hosszúsági értékeit. A „self-similar” rendszer egyik alapvető feltétele, hogy mérhető a fraktál dimenzió értéke, azaz frakciók különíthetőek el egymástól. A self-similarity definíciója szerint rendezettséget jelent, mely a fraktálokra is érvényes. A self-similar rendszer alapvető feltétele, hogy a fraktál dimenzió (D) mérhető. A self-similarity tehát egy adott mérettartomány belül a fraktál blokk méreteloszlásra vonatkozik. A fraktál dimenziót a következők szerint definiálhatjuk:

𝐷 = 𝑙𝑜𝑔𝑁(𝑟)/(𝐿𝑜𝑔 (𝑟) ,

(1)

Ahol D az N(r) aránya, az r változó numerikus gyakorisága, ahol ’r’ egy gyakorisági osztály intervallumát jelenti. Medley a vizsgálatainál kimutatta, hogy a fraktál dimenzió (D) értéke a szelvényre illesztett vezető vonal menti 1D-s, illetve a 2D-s állapotban (felületi) 1.0 és 2.0 értéket vesz fel. Az elemzésekkor a blokkméret eloszlásban logaritmikus összefüggést mutatott ki (Medley 1994a). A blokkméret maximális legnagyobb kiterjedésű értékének meghatározásánál a fraktál dimenziónál bemutatott N értékkel számolunk. Az N(dmod) a blokkokban megfigyelhető legnagyobb mérettartományon belül található blokkok száma. A Wentworth-féle beosztási skála (Wentworth, 1922) helyett bevezettek egy újabb osztályozást, ahol a vizsgálat során a legnagyobb blokkátmérő egyik szélsőértéket jelenti. A bimrock típusokról megjelenő szakmai közleményekben szinte mindig hasonló eredményre következtetnek (Medley 2007). Tervezés és kivitelezési folyamatoknál szükségszerű és nélkülözhetet-

100

Bimrock kőztek

lennek tartják az összetett kőzettípusok azonosítását, az egy térfogategységre eső blokkok arányát, így elkerülhetőkké válhatnak a tervezés és a kivitelezés során jelentkező problémák, az eltérő mechanikai tulajdonságú kőzetek viselkedéséből adódó tönkremenetelek. 2.4 A bimrock osztályozás folyamata A bimrock típusú kőzetcsoport bevezetése (Medley 1994) óta a melange, a törési zónák mentén jellemző breccsásodott kőzetek, szerpentinek mellett kisebb blokkokból álló összetett kőzetek is azonosíthatóak, mint bimrock. Medley ezért a korábbi módszertani eljárásokat összesítette egy folyamatábrát, mely a következő lépésekből áll Medley& Zekkos (2011): 1. lépés A blokk és mátrix anyag közötti szilárdságban jelentkező eltérés leggyengébb blokk és a leggyengébb mátrix anyag mechanikai paraméterei alapján számoljuk, a következő kritériumok alapján: 

tanφblock/tanφmatrix ≥ 1.5-2

(2)



UCSblock/UCSmatrix ≥ 1.5

(3)



Eblock/Ematrix ≥ 2

(4)

2. lépés: A mérnöki tervezés méretarányainak függvényében választunk egy jellemző dimenziót Lc-t, mely lehet egy csuszamlás magassága, egy alagút szélessége, próbatest átmérője, stb. 3. lépés: A blokk méret küszöbérték kiszámítása 4. dmin= 0,05*Lc (blokk-mátrix legkisebb határértéke) dmax=0,75* Lc (blokk-blokkos kőzet legmagasabb határértéke) 5. Az LL, azaz az összes lineáris blokk arány meghatározása; 6. Tételezzük fel, hogy az LL egyenlő az egy egységre eső térfogat aránnyal, becsüljük meg a V V bizonytalansági értékét (ehhez a számításhoz használjuk a 2. ábrát) 7. lépés: Határozzuk meg az egy térfogategységre eső blokk aránynak azt a legkisebb határértékét, melyet szilárdság vizsgálatnál veszünk figyelembe és a legnagyobb értéket, melyet kivitelezési munkáknál alkalmazunk. 8. lépés: Határozzuk meg eltérő blokk tartalommal jellemezhető próbatestek szilárdsági értékeit és ábrázoljuk a szilárdsági jellemzőket a blokk arány függvényében (Medley&Zekkos 2011 cikke alapján). 9. lépés_ A 8. lépésben ábrázolt összefüggés alapján azonosítsuk az egy térfogategységre eső blokk mennyiség határait és jelöljük ki a 3 tartományt:  VV <15%-25% esetében alacsony a kötési szilárdság, talaj- vagy kőzetmechanikai elemzéseket alkalmazzunk;  15%-25%65%-75% esetében magas a kötési szilárdság érték, kőzetmechanikai vizsgálati módszereket alkalmazzunk. Az összetett típusú kőzetek esetében a folyamatábra mindegyik lépését figyelembe véve kell a kőzetet osztályozni. Néhány lépés meghatározását laboratóriumi vizsgálatok sora előzi meg, ugyanakkor számos esetben nehéz olyan próbatestet kialakítani, mely megfelel a Medley által javasolt blokk tartalommal. 3 BIMROCK HAZAI ELŐFORDULÁSA 3.1 Miksolc, Avas-Észak pincesor A bimrock típusú csoportba sorolható kőzetek előfordulása a világ minden táján jelentős az irodalmi összefoglalás alapján. Magyarország területén számos helyen a felszínen, illetve a felszín alatt a fekü rétegek között is megtalálhatunk mátrix/blokk összetett kőzeteket. Hazánk egyik legkevésbé kutatott (Hajdúné 1993) területe közé sorolható Miskolc belterületén található Avas-Észak meredek lejtővel kialakított maximum 6 terasz-szinttel jellemezhető pincesora. A soron található pincék kialakításakor néhány pince kivételével főtebiztosítás és falazás nélkül hozták létre napjainkban, illetve 300-400 évvel ezelőtt. A domb jellemző földtani felépítése a pincékben, valamint a felszínen a természetes kőzetfeltárásokban is jól tanulmányozható. A pincesor földtani felépítése igen változatos. Az Avas-domb mai alakját antropogén hatások eredményezték. Az Avas-Északon, a meredek partfalban kialakított teraszos pincesorok jellemzők. A domboldal földtani felépítését a felszínen 80 m – a Szinva-patak völgytalpa és a kilátó talpa közötti vertikális távolság-, átlag magasságban követhetjük nyomon. 2013. őszén Miskolc önkormányzata megbízásából földtani kutatás készült ahol a Debreceni Egyetem Ás101

Vámos – Görög – Vásárhelyi

vány- és Földtani Tanszéke és a Budapesti Műszaki Egyetem Építőanyagok és Mérnökgeológiai Tanszéke is részt vett. A területen 4 mélyfúrás és több sekélyfúrás is készült. A Fúrómagok anyagaiból laboratóriumi vizsgálatok készültek, ezáltal a domboldal északi oldalának földtani, építésföldtani környezete jellemezhetővé vált (Kozák 2013). A földtani rétegsora jellemzően alsó és középső szarmata kifejlődésű, az alsó részen a felső-bádeni képződmények, míg a domboldal tetején a felső-szarmata képződmények egy vékony sávban jelennek meg. A rétegsort jellemzően sekélytengeri kifejlődésű vulkanoszedimentek, sárga, okkersárga homokkövek, szürke tufás mátrixtartalmú andezittufa, homokos-homokköves mátrixú andezit blokkokban gazdag extraklasztos andezittufa alkotja. A rétegsorban váltakozva jelennek meg a riolitos vulkáni hatás eredményeként képződött bentonitos rétegek. Az alsó-szarmata és a felső-szarmata korú vulkanoszediment rétegsorokat a Sajóvölgyi Formációba sorolhatjuk, míg közé, a középsőszarmatában települt extraklasztos andezittufákat a Dubicsányi Andezit Formációval azonosíthatjuk. A kőzet formáció szerinti besorolását radiometrikus kormeghatározással végeztük, a vizsgálat szerint az andezittufa blokkjain mért radiometrikus kor 12,7 +/- 0,5, 12,4 +/- 0,5 millió év(Vámos et al. 2014). Püspöki et al. 2002 a középső-szarmatába helyezi el a nagyrészt szárazulati térszínre hullott neutrális tufa közbetelepülést. Az andezittufa területi előfordulása kétféle, a kiemeltebb felszíni rétegekben jellemzően kávébarna, sárgásbarna színű andezittufa mátrixba ágyazott kőzetblokkok. Ez a réteg max. 515 m vastagságot ér el és a mátrix anyag részben erodált vagy áthalmozott (Vámos et al. 2014). A másik típusa 5-120 m vastag réteget is elérő tufitos mátrixanyag, melyben a horzsakőtartalom is számottevő. A kőzet összetett jellege miatt a terepi vizsgálatok eredményeiből, valamint a későbbiekben részletezett laboratóriumi vizsgálatokból következtetve párhuzamot tudunk állítani a hasonló kőzetalkotókból álló Sönmez 2006 által leírt bimrock típusú kőzetekkel. Jelen tanulmány elsősorban a bimrock típusú kőzetcsoportba sorolható kőzetekkel foglalkozik. A vizsgált területünkön is ebbe a kőzetcsoportba sorolható extraklasztos andezittufa előfordulásait mutatjuk be. Mérnökgeológiai vonatkozásban pedig megvizsgáljuk, hogy a vizsgált területen előforduló kőzetcsoport azonosítható, mint bimrock típusú kőzet. Az azonosításhoz Medley és Zekkos által 2011ben javasolt módszertant alkalmaztuk. Az Avas-Északon az extraklasztos andezittufa felszíni előfordulására mozaikosság jellemző, mely leginkább a térszín lepusztulásának köszönhető, valamint az andezites vulkanizmus szórványos megjelenésének (3.ábra). A következő ábrákon keresztül néhány jellemző példáját mutatjuk be.

3. ábra Avas-Észak helyszínrajza az Avas-Északon mélyített kutatófúrásokkal és az extraklasztos andezittufa előfordulásaival, készítette Plásztán J. 2013 (Avas-North with presenting the core-drillings and the location of the andesite tuff with extraclasts)

102

Bimrock kőztek

Az extraklasztos andezittufa legszebb megjelenése az Avas-Észak legmagasabb szintjén, a Lajos soron található pincében tárul fel. Az itt megfigyelhető kőzet (4. ábra) blokkjai erősen kötött mátrix anyagba ágyazódnak be. A mátrix anyag középszemcsés homok, áthalmozott andezittufa. A pince üreg kiképzése során a falazat nélküli pincefalon feltárulnak a közel 60 cm átmérőjű kőzetblokkok. A pinceüreg ezen szakaszán főtebiztosításra nem volt szükség, ugyanakkor egy oldalágban a a kavics pergése miatt biztosítást is beépítettek. A pince mikroklimatikus adottsága bortárolásra kiválóan alkalmas.

4. ábra Avas-Észak Lajos sor 1. szám alatti borházhoz tartozó pincében feltáruló extraklasztos andezittufa (geological layers outcrops of the extraclast andesite tuff on the wall of the wine-cellar in Lajos alley 1, Avas-North) Az extraklasztos andezittufa a pinceág talpontjától kezdődően max. 2 magasságú sávban jelenik meg. Ez a rétegsor a borház mellett a Mélyvölgy útkereszteződésében is folytatódik (5. ábra), ahol a felszínen a partfalban is feltárul a homokos, áthalmozott andezittufa mátrix anyagba ágyazódott andezitblokk (5.b).

a

b

5. ábra Andezit blokk és mátrix anyaga a Mélyvölgy-Lajos sor találkozásánál (Outcrops with the matrix content and large andesite block along the crossroads of Mélyvölgy and Lajos sor, Avas-North) Az előző pincéktől K-i irányba haladva az andezittufa megjelenése változatos, erodálódás következtében réteghiány is tapasztalható, azonban mélyebb szinteken ismét megjelenik. A felső szarmata rétegek felszíni megjelenése alatt feltárul néhány pincében az andezittufa leginkább tufa mátrixos tartalmával, melyben a beágyazott kőzetblokkok mérete eléri vagy meghaladja a 60 cm átmérőt (6. ábra).

6. ábra. Avas-Észak Latabár sor 391.sz. alatti borház pincebeli feltárása (extraklasztos andezittufa) (Outcrops of extraclastic andesite tuff within the wine-cellar in Latabar sor 391, Avas-North)

103

Vámos – Görög – Vásárhelyi

A pince bejáratok kialakításánál is megőrzött kőzetblokkok láthatók 7a. ábrán, ahol a ezek az andezitvulkanizmus jellemző példái, andezitkavicsoktól kezdve a mélyebb fekűrétegekben jellemző limnokvarcitok (7b. ábra) is megjelennek. A pince építésföldtani adottságai a kőzetblokkok jelenléte miatt is jó, főtebiztosítás és falazás itt sem jellemző. A mátrix anyag jól konszolidált, szemeloszlási vizsgálat alapján jól osztályozott kőzetnek mondható. A mátrix anyag és külön a lehetőségeknek megfelelően a kőzetblokkokat is vizsgáltuk kőzetmechanikailag. A vizsgálatoknál a testsűrűséget, az egyirányú nyomószilárdságot, a rugalmassági modulust, a Poisson tényező értékét, a húzószilrádságot, valamint Ultrahang terjedési sebességet mértünk. A szilárdság meghatározása után megállapítható, hogy a területen található andezittufák szilárdsági értéke az ISRM ajánlott vizsgálati módszerei alapján (ISRM 1981) készített laboratóriumi vizsgálatok szerint) átlagosan σc = 5,95 MPa értékkel gyengének mondható, míg az andezitblokkok átlag σc = 39,16 MPa értékkel szilárd kőzetnek tekinthetők.

a

b

7. ábra. Avas-Észak Latabár sor 391.sz. alatti pince bejáratánál található kőzetblokkok (a) andezitblokk, (b) kvarcit típusú kőzetblokk (Outcrops of extraclastic andesite tuff ont he entrance wall of the wine cellar (a) is a andesite block, (b) is a egsotic rock, quarzite in Latabar sor 391, AvasNorth) A pincesoron tovább haladva, az előző pince szomszédságában is található a felszínhez közel kialakított pincerendszer, melynek felső ágában a kávé-barna áthalomozott andezittufába ágyazott kőzetblokkok is jól tanulmányozhatok (8b.ábra). Az andezittufa a felszínen a partfalban is folytatódik közel 1-1,5m vastagságban. A partfalon a meredek lejtésszög miatt hálós védelem kialakítására (8a. ábra) volt szükség.

a

b

8. ábra. Avas-Észak Latabár sor 395.sz. alatti borház pincebeli feltárása (a) és a partfalában (b) jellemző extraklasztos andezittufa felszíni feltárás (Outcrops of extraclastic andesite tuff within the winecellar (a) of and behind the wine house (b) in Latabar sor 395, Avas-North) Az Avas-Északon az andezittufa szórványosan bukkan a felszínre, illetve pincebeli feltárásokban jelenik meg. Az 1 pincebeli feltárásban az andezittufa egy réteg határmentén jelenik meg. A mátrix anyaga zöldesszürke, helyenként rozsdafoltos finom- és középszemű, jól cementált andezittufa, a blokkok közötti kötő anyagba belemosódott bentonit, valamint limonit, és apró tufakavicsok mállásából származó agyagos málladék. A mátrixba andezit anyagú kavics ágyazódik be, melynek szemcséi kitűnően vagy jól kerekítettek. A falban 0,5 m-t meghaladó nagyságú, koptatott kissé gömbölyített

104

Bimrock kőztek

blokkok is előfordulnak. Pince bővítésekor 80cm átmérőjű blokkok is előkerültek (9a.ábra). A pincében markánsan kirajzolódik az andezittufa és a homokkő réteg határa (9b.ábra).

kitermelt andezitblokkok andezittufa és a homokkő réteghatára

a

b

9. ábra. a, Felsősor 425 sz. alatti borház pincéjében pince vájáskor kitermelt andezitblokkok (Andesite blocks deriving from the geological layers during cellar enhancement at Felsősor 425, Avas-North); b. ábra A pincében található rétegek,andezittufa és a bentonitos-finomszemcsés sekélytengeri homokkő réteghatára (The divided line between geological strata) A felszíni feltárások közül kettő a 10a. és a 10b. ábrán látható. A réteg mátrix anyaga szintén áthalmozott finom-és középszemű tufitos homokkő, melyben a beágyazott kőzetblokkok többsége jól kerekített andezitkavics. A 10a. ábra későbbiekben a bimrock azonosításra felhasználásra került. Ennek a kőzettípusnak az építésföldtani adottságai nem a legkedvezőbbek, az ebbe mélyített pincékben omlásveszély van, a mátrix anyag könnyen pereg, a beágyazódott blokkok kihullanak, kalapáccsal könnyen kivehetők.

a

b

10. ábra. Gyenge mátrix anyagú extraklasztos andezittufa felszíni feltárás tipikus példái az AvasÉszakon, a: Felsősor elhagyatott pincesor, b: Hidegsor az út mellett (Typical outcrops of extraclastic andesite tuff with weak matrix content over the Avas-North, a: Felsősor abandoned wine cellars, b: Hidegsor along the road) 3.2 Modellezés, eredmények A vizsgált területen megtalálható összetett kőzettípus azonosítását, mint bimrock típusú kőzet Medley&Zekkos (2011) által javasolt táblázat alapján végeztük el. Ehhez felhasználtuk a 2013-ban mélyített kutató fúrás fúrómagjait, a kőzetmechanikai vizsgálatok közül azegyirányú nyomószilárdság, a rugalmassági modulus és a  értékeket használtuk fel. A blokkok mátrix anyagtól történő elkülönítésére az Lc, azaz a skála függetlenségnél javasolt mérnöki értelemben beazonosítható hosszmértéket alkalmaztuk, és a vizsgálatainkat elvégeztük a 7a. ábrán látható feltáráson, valamint a fúrómagokon. A vizsgálat eredményeit a következőkben ismertetjük, valamint kitérünk a pozitív és a negatív tapasztalatainkra. A vizsgálatainkhoz a rétegsorból az andezittufára, tufitos homokkő mátrixú kavicsos agglomerátumra és az andezitblokkra vonatkozó mechanikai paramétereket az 1. táblázatban összesítettük. 105

Vámos – Görög – Vásárhelyi

A folyamatábra 1. lépéseként a blokk és a mátrix között fellépő mechanikai különbséget kell megvizsgálni a következő egyenletek szerint: tanφblock/tanφmatrix ≥ 1.5-2

(2)

UCSblock/UCSmatrix ≥ 1.5

(3)

Eblock/Ematrix ≥ 2

(4)

1. táblázat. Kőzetmechanikai eredmények (Results of Mechanical analysis) Testsűrűség [kg/m3]

UCS [MPa]

Rugalmassági modulus [MPa]

Andezittufa Próbatest száma

10

Átlag

1763,641 245,07

Szórás Próbatest száma Átlag Szórás

4

10

10

5,95 2,28 Andezitblokk 4

1470,95 810,76

39,16

7627,08

2137,83

4

362,75 26,43 4581,20 Aprószemcsés homokkő horzsakő darabokkal és andezit kavicsokkal

Próbatest száma

5

5

5

Átlag

1677,13

20,68

387,50

Szórás

134,04

12,27

217,01

A táblázat szerint, ha a folyamatábrában szereplő 1. lépést vizsgáljuk, akkor a következő értékeket kapjuk a blokk / mátrix arány az UCS esetében 2,94 MPa, míg E értéknél 4,51 MPa értéket kapunk. A következő azonosítási pontban skálafüggetlenség elvét alkalmazva választani kell egy jellemző méretet, ezt tekintjük Lc-nek, amely lehet egy feltárás, egy pince oldalfalának magassága, egy próbatest átmérője stb. Esetünkben a 7a. ábra lesz a vizsgálatunk tárgya. Az Lc értéknek a feltárás magasságát vesszük figyelembe, mely 2 m. A feltárásban található kőzetblokkokat, kavicsokat azonosítjuk, majd az átmérőjüket meghatározzuk. A legnagyobb átmérőjű kavics esetében a dmax = 0,75*Lc egyenletet használjuk. A 2 m magas feltárás esetében a dmax értéke 1,5 m, míg a dmin = 0,05*Lc esetében az eredmény 0,1 m. A kőzet abban az esetben sorolható a bimrock típusú kőzetcsoportba, ha a kőzetrétegen belül található kavicsok átmérői 0,1-1,5 m tartományba esnek. A feltárásban található kavicsok átmérői alapján ez a kritérium érvényesül. A folyamatábra 4. és az 5. lépésében fúrómagokon végezzük el a számításokat. A 11. ábrán bemutatott magládák anyagaiban jelentős az extraklasztos andezittufa aránya. A fúrómagokon mérhető lineáris blokk arány akkor mérhető, ha a következő egyenletettel leírt feltétel teljesül: Fúrómag hossza (m) ≥ 10* dmax

(5)

A 11. ábrán töredezett fúrómag anyagok láthatók, melyen belül az andezittufa réteg becsült hossza 2,30m körül van. Az erre a hosszra eső blokkok hossza 0,21 m, a képletbe helyettesítve a fúrómag hossza nagyobb, mint a legnagyobb kavics átmérőjének 10-szeres szorzata. Jelen vizsgálatok azt mutatják, hogy az itt feltárt Dubicsányi Andezit Formáció kezelhető bimrockként, a folyamatábrában következő 7., 8. és 9. lépések elvégzéséhez, azaz a térfogati blokk arány (VBP) meghatározásához további vizsgálatok szükségesek akár terepen, akár a már részletesen dokumentált fúrómagokon.

106

Bimrock kőztek

andezit-kavics andezitkavics

11. ábra. Avas-5.sz. fúrás andezit-tufa rétegekkel (Boreholes of Avas-5 with andesite tuff layers) 4 ÖSSZEFOGLALÁS Az Avas-Északon található összetett mátrix anyaggal cementált blokkos kőzettípus azonosítása a 2. fejezetben közölt folyamat ábra alapján történt. A vizsgálati eredményekből megállapítható, hogy az Avas-Észak mintaterületet vizsgálva azonosítható Magyarországon a bimrock típusú csoportba sorolható összetett kőzet, az extraklasztos andezittufa. A vizsgálati módszerek közül a Sönmez 2006-ban megjelent közleményében mechanikailag vizsgált mesterségesen előállított próbatesteket. A rendelkezésre álló anyagokból laboratóriumi környezetben kevés volt a csak andezitblokkokból kialakítható próbatestek száma, míg a csak tufa mátrixos anyagot tartalmazó próbatestek kialakítása pedig nem volt lehetséges. A bimrock típusú kőzetek mérnökgeológiai jelentősége hazánkban is nagy, az itt ismertetett vizsgálati módszerek jelentősen megkönnyítik a blokk és mátrix felépítésű kőzetek jellemzését. A kutatás további célja, hogy ne csak besoroljuk, hanem részletesebb vizsgálatokkal kőzetmechanikailag jellemezzük is az extraklasztos andezittufát bimrockként. Továbbá fontos, hogy az ilyen típusú kőzetjellemzést itthon is meghonosítsuk és további kőzettípusokat is bevonjunk a vizsgálatokba. IRODALOMJEGYZÉK Hajdúné Molnár K. 1993. Az Avas geológiai felépítése, 53-68., In: Dobrossy I. (szerk): A miskolci Avas – Borsodi Nyomda, 523. ISRM 1981 Suggested method: rock characterization, testing and 197 monitoring. London Pergamon Press,.London, pp 47–48 Kozák M. et al. szerk. 2013. Térképkészítés és kapcsolódó stabilitási vizsgálatok, geofizikai munkák. (Miskolc MJV Önkormányzata által koordinált és finanszírozott Avas-Észak komplex rekonstrukciós program első pályázati projektjének Zárójelentése, 197. Medley E. W. 1994. The engineering characterization of melanges and similar block-in-matrix rocks (Bimrocks). Ph.D. Dissertion, Dept. Civil Engng, Univ. California at Berkeley, 338 Medley E.W. , Zekkos D. 2011. Geopractitioner approaches to working with antisocial mélanges. Geological Society of America Special Papers, 261-277, Medley E.W., 2007. Bimrocks – Part 1: Introduction. Newsletter Hellenic Soc. Soil Mech. Geotech. Engng, February, No. 7, 17-21. Medley E.W., Lindquist. 1995. The engineering significance of the scale- independence of some Franciscan melanges in California, USA”.907-914 Püspöki Z., 2002: A Tardonai-dombság miocén medencefejlődése az üledékes szekvenciák fácies- és rétegtani adatainak tükrében, 128 p.Raymond L.A. 1984. Classification of melanges, in melanges:

107

Vámos – Görög – Vásárhelyi

their nature, origin and significance. 228 Special Paper: Boulder, Colorado, Geological Society of America, 7–20 Sönmez H. 2004. Relationships Between Volumetric Block Proportions and Overall UCS of a Volcanic Bimrock. Felsbau Rock & Soil Engng 22(5): 27-35. Sönmez H., Altinosy H., Gokceoglui C., Medley E.W. 2006. Considerations in Developing an Empirical Strength Criterion for Bimrocks. Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS 2006), November 6-10, Singapore Vámos M.; Görög P.; Vásárhelyi B. 2015: Landside Problem and Its Investigations in Miskolc (Hungary). Engineering Geology for Society and Territory, Vol. 5: 873-877. Vámos-Mocsár M.; Görög P.; Borostyáni M.; Vásárhelyi B.; Török Á. 2015: Stability Analysis of Wine Cellars Cut into Volcanic Tuffs in Northern Hungary. Engineering Geology for Society and Territory, Vol. 8: 153-157. Wakabayashi. Medley E. W. Geological Characterization of Melanges for Practitioners. Felsbau Rock and Soil Engng. 22(5): 10-18. Wentworth, C. K.1922. A scale of grade and class terms for clastic sediments, J. Geology V. 30, 377392

108