HISTORICKÝ VÝVOJ. J. Pruška MH 4. přednáška 2

KLASIFIKACE HORNIN Klasifikace hornin

Popisné

Číselné

Indexové

Podle rozpojitelnosti (ČSN 734050)

Protodjakonova

RQD

Podle tlačivosti

Terzaghiho

RSR

Podle ražnosti

RMR

Lauferova

QTS

Q

J. Pruška MH 4. přednáška

1

HISTORICKÝ VÝVOJ • • • • • • • • • •

Protodjakonov (1908) 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

Klasifikace podle ražnosti • litá skála Horniny celistvé, blokovité, stabilní, velmi tvrdé a nezvětralé. • I. stupeň ražnosti Horniny soudržné, ale rozpukané nebo vrstevnaté, mírně tlačivé. Bez vody


3

• II. stupeň ražnosti Horniny málo soudržné nebo zeminy silně tlačivé, vyžadující speciální postupy ražení. • III. stupeň ražnosti Horniny nebo zeminy nesoudržné, plastické nebo sypké. Přítomnost vody způsobuje bobtnání, rozbahnění, vytékání.


4

Lauferova klasifikace


5

PROTODJAKONOV • 10 tříd horniny • Platí pro klasické tunelování • Předpokládá vytvoření horninové klenby • Horninám přiřazuje součinitel pevnosti fp • Zatřídění dle petrografického popisu či pevnosti horniny • Pro rozpukaný masiv je nutná redukce součinitelem „a“ popř. indexem RQD J. Pruška MH 4. přednáška

6

Určení fp • Pro horniny:

Rh fp = 10 • Pro zeminy soudržné

fp =

tg ϕ + c

σ

• Pro zeminy nesoudržné

f p = tgϕ J. Pruška MH 4. přednáška

7

Redukce součinitele fp pomocí součinitele“a“

f p,red = f p ⋅ a Intenzita rozpukání

Stupe ň 0-1

Redukční koeficient „a„ 1

2

0,80 – 1

silné

3

0,50 -0,80

velmi silné

4-5

0,20 - 0,50

mimořádně silné

-

-

slabé až velmi slabé střední

pomocí indexu RQD

f p ,r e d =

fp ⋅R Q D 100


8

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

9

Druh horniny

Zatěžovac í výška Hp v [m]

Poznámka

1. Tvrdá a neporušená

0

-

0

Lehké ostění jen při výskytu nebezpečí odlupování a padání drobného kameniva

2. Tvrdá vrstevnatá nebo břidličnatá

0 - 0,5

-

Ct´*B

Lehké ochranná provizorní výstroj stropu

3. Masivní, mírně rozpukaná

0 - 0,25

-

Ct´*B

Zatížení stropu se může náhle měnit od jedné k druhé puklině

4. Mírně drobivá

0,25 0,35

0,25 – 0,35

Ct´*(B+Ht ) nebo Ct´´*(B+ Ht )

Žádný boční tlak

5. Značně drobivá

-

0,35 – 1,10

Ct´´*(B+ Ht )

Nepatrný nebo žádný boční tlak

6. Celkem rozdrcená, ale chemicky čistá

-

1,10

Ct´´*(B+ Ht )

Značný boční tlak zvyšovaný prosakující vodou. Vyžaduje kruhové skruže rozepřené v patkách

7. Stlačitelná střední hloubka

-

1,10 – 2,10

Ct´´*(B+ Ht )

Velký boční tlak, kruhové skruže, definitivní klenba a tuhými ocelovýni vložkami

8. Stlačitelná velká hloubka

-

2,10 – 4,50

Ct´´*(B+ Ht )

Požadují se kruhové skruže, v krajních případech pružné nosníky nebo provizorní výstroj.

Pozn.: B je šířka výrubu, Ht je výška výrubu, minimální výška nadloží H>1,5*(B + Ht), 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 50 %.


10

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

11

Index RQD je definován vztahem na základě celkové navrtané délky a délky neporušených kusů v jádrovém vrtu delších než 10 cm : RQ D =

L=0 nezískáno

RQD =

∑L

10

L

× 100%

L = 35 cm

∑délky kusů jader

L= 20 cm

> 10 cm

celková délka jádrového vrtu

L=0

×100% =

L = 17 cm L = 38 cm

38 +17 + 20 + 35 ×100% = 55% 200


12

Klasifikace podle indexu RQD

Kvalita horniny

RQD

CT´

fp

výborná

100 - 90

0 - 0,15

2,0 – 2,3

dobrá

90 – 75

0,15 – 0,35

2,3 – 1,2

střední

75 – 50

0,35 – 0,70

1,2 – 0,7

nízká

50 – 25

0,70 - 1,10

0,7 – 0,5

velmi nízká

25 – 0

1,10 - 1,40

0,5 – 0,4

Vrtné jádro ∅ 150 mm z žulového masivu (vliv velkého napětí in situ) (J. Hudson)


13

RQD může být určen podle Palmströma (1982) ze směru ploch nespojitosti: RQD = 115 − 3,3J V

Jv je volumetrický počet spar tj. součet spar na jednotku délky všech systémů ploch nespojitosti


14

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

15

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


16

Parametr A: 1. Typ horniny 2. Tvrdost horniny 3. Geologickéuspořádání ParametrB 1. Vzdálenost diskontinuit 2. Sklon a směr diskontinuit 3. Směr ražby tunelu Parametr C 1. Součet A+B 2. Stav diskontinuit 3. Přítok podzemní vody J. Pruška MH 4. přednáška

17

Závislost výstroje na indexu RSR 1 – stříkaný beton tl. 5cm 2 – svorníky Ø25mm 3 – lehké ocelové oblouky 4 – středně těžké ocelové oblouky 5 – těžké ocelové oblouky IndexRSR

2

1

70 3

60

4

50

5

40 30 20 10 0

50

100

150

200

250

Rozteč ocelové výstroje (cm) J. Pruška MH 4. přednáška

18

Index RMR • • • • •

RMR = Rock mass rating Z.T. Bieniawski (1973) 1989 revize klasifikace 5 tříd horniny (RMR 0 – 100) 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

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

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 Edef: Edef = 2⋅ RMR −100


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 = 0 – 1000) • Určuje tlak na výstroj a způsob vystrojení • Návaznost na ostatní klasifikace • Klasifikace se neustále vyvíjí • Vhodná pro numerické modelování J. Pruška MH 4. přednáška

22

Parametry klasifikace • Jn – počet puklinových systémů • Jr – drsnost puklin • Ja – zvětrání ploch diskontinuity či výplní • Jw – vodní tlak • SRF – podmínky tlakového projevu horninového masivu • RQD – klasifikace Deera Q =

Jw RQD J r ⋅ ⋅ Jn J a SRF


23

Určení Jr Popis

Profil

Jr

JRC JRC 200mm 1 m

4

20

11

Vyhlazené

3

14

9

Rýhované

2

11

8

Drsné

3

14

9

Vyhlazené

2

11

8

Rýhované

1,5

7

6

Drsné

1,5

2,5

2,3

Vyhlazené

1,0

1,5

0,9

Rovné

0,5

0,5

0,5

Drsné

Stupňovité

Vlnité

Rovinné J. Pruška MH 4. přednáška

24


25


26

Výstroj tunelu je zavedena pomocí ekvivalentního rozměru L rozpětí nebo výška (m) L= ESR

ESR – excavation support ratio Délka svorníků je dána vztahem L =

2 + 0 ,15 B ESR

Maximální nevystrojené rozpětí se určí rovnici Bmax = 2 ⋅ ESR ⋅ Q 0,4


27

Tabulka pro určení ESR Druh podzemního díla

ESR

Počet zkoumaných případů

A. Dočasná důlní díla

3–5

2

B1 Svislé šachty kruhové

2,5

0

B2 Svislé šachty pravoúhlé

2,0

0

C Trvalá důlní díla Tlakové vodní štoly Průzkumné štoly Pilot tunely

1,6

83

D Podzemní zásobníky Čistírny odpadních vod Menší silniční tunely Přístupové tunely

1,3

25

E Hydrocentrály Portály Křížení tunelů Velké silniční tunely Díla civilní obrany

1,0

73

F Atomové elektrárny Stanice metra Továrny

0,8

2


28

Určení tlaku na ostění Tlak na trvalou výstroj je určen následující rovnicí P roof

2 ,0 = Q J r

− 1

3

Pokud je počet počet puklinových systémů menší než 3, pak se užívá vztah Proof

2 12 = J n ⋅ J r− 1 ⋅ Q 3


−1 3

29

Určení velikosti horninového tlaku


30

Určení způsobu vystrojení tunelu


31

Určení parametrů – rukopis Bartona


32

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

33

Index QTS je určen počtem klasifikačních bodů TS a jejich redukcí QTS = TS − ∑ (α + β + γ + δ )

TS = A+ B+ C =10logσd + 262 , logd + 62 , log D+ 614 ,

•A pevnost úlomků horniny v prostém tlaku σd [MPa] •B průměrná vzdálenost ploch nespojitosti d [m] •hloubka zkoumané horniny pod bází pokryvných útvarů D [m].


34

Redukční parametry • α při sklonu hlavních ploch nespojitosti mezi 30° až 80 • 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


35

Technologické skupiny hornin

Šířka výlomu (m) 10

8

IV.

III.

nevhodné nepříznivé zcela nest. 0 III.

III.

dočasně stabilní

velmi dobré

stabilní s ojed. nadvýl. nadvýl. 2 - 20 dní

2 hod. - 2 dny II.

I.a

dobré

zhoršené

nestabilní 2 hod.

I. b

II.

I.

I.

technologická skupina podmínky pro ražení stabilita horniny

stabilní

nosnost horniny

> 20 dní

ražnost

litá skála

6

4

2

0

D velmi špatná

30

40

C špatná

50

B dobrá

60

70

A velmi dobrá

80

90

zatřídění horniny kvalita horniny

100

110

Počet klasifikačních bodů QTS


36

Vazby indexu QTS na ostatní klasifikace a mechanické vlastnosti hornin 100

MPa

1,0 RQD

1000

80

0,8

E Edef

RSR

100

0,6

60

ϕ

CT´´ 10

0,4

40 C T´

1,0

RR

20

C

ν

0,1 30

fp 0

QTS

40

50

60

70

0,2

80

QTS

30

40

50


60

70

80

0,0

90

37

Vzájemné vazby indexových charakteristik RQD RSR RR

100 RQD 78 RSR

50 27

RR

0

0

1

2

3

4


5

6

fp

38

Technologické třídy NRTM Třída NRTM horniny

1

2

zeminy

velmi dobré podmínky ražení stabilita > 2 týdny dobré podmínky ražení stabilita 2 dny až 2 týdny

3

zhoršené podmínky ražení stabilita 2 hod až 2 dny

zeminy konsistence tvrdé

4

nepříznivé podmínky ražení stabilita < 2 hod velmi nepříznivé podmínky ražení

zeminy s konzistencí pevnou , pevnost ve smyku je vyčerpána zeminy s konzistencí tuhou

velmi nepříznivé podmínky ražení nestabilní hornina -

zeminy s konzistencí měkkou

5a

5b

nevhodné pro ražení

Nevhodné zeminy F kašovitá konzistence S a G pod HPV J. Pruška MH 4. přednáška 39

Rozvoj klasifikací

• fuzzy logiku • metodu RES – „rock engineering system“


40

Fuzzy technika A)

B) P ra v d iv o s t

P r a v d iv o s t

a)

f)

1 c h la d n á 0

p říje m n á

c h la d n á 0

30

20

40

te p lo ta ° C

P r a v d iv o s t

20

h o rk á

p ř íje m n á 30

40

te p lo ta ° C

30

40

te p lo ta ° C

40

te p lo ta ° C

40

te p lo ta ° C

40

te p lo ta ° C

P ra v d iv o s t

g)

b)

1

1 c h la d n á 0

1

h o rk á

h o rk á 30

20

40

0 te p lo ta ° C

20 P ra v d iv o s t

P ra v d iv o s t

h)

c)

1

1 p ř íje m n á 0


p říje m n á 0

30

40

te p lo ta ° C

P ra v d iv o s t

i)

d) 1

1

p říje m n á 0

30

20

p ř íje m n á 40

0

te p lo ta ° C

30


P r a v d iv o s t

e)

30

20

j) 1

1 c h la d n á n e b o p ř íje m n á 0

20

30

c h la d n á a p ř íje m n á 40

te p lo ta ° C

0

20

Teplota vody s booleovským rozhraním (A) a neostrým fuzzy rozhraním (B) a) ostré rozhraní, pásma se nepřekrývají c) ostré rozhraní, pásma se překrývají e) logický součet OR odpovídající sjednocení množin g) fuzzy součin ANF i) zavedením druhé mocniny


30

b) ostré rozhraní, pásma se překrývají d) ostré rozhraní, pásma se překrývají f) fuzzy rozhraní pásem h) operace NOF chladná a NOF horká j) aritmetické sčítání

41

Ohodnocení indexu Q Fuzzy technikou (1 )

Q =

RQD Jn

1

Jw Jr ⋅ J a SRF

⋅

1

RQD

0

1

Jr

0 40

60

1

0

80

0

1

0

2

3

Ja

1

Jn

0 8

9

10

11

12

13

1

Jw

4

0

0.5 1

1.5

SRF

1

0 0

1

2

0

1

2

Q

0 0.0

1,0

2,0 3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0 9,0

10,0


42

Důležitost parametrů pro návrh úložiště radioaktivního materiálu

Metoda RES Rock Engineering system

66 60

47 4342

24 17 14141414 10 9 8 7 7 7 6654444 333222221111111111111

43

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

70 60 50 40

30 20 10 0


Histogram důležitosti parametrů při návrhu úložiště radioaktivních odpadů (dle Arnolda, 1993)

Počet čet referencí

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 Umístění štoly

Přítomnost zlomů

Geometrie diskontinuit

Typ horniny

Propustnost

Otevřenost diskontinuit Geometrie horninového masivu

Četnost diskontinuit

Časově závislé vlastnosti

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


44

HISTORICKÝ VÝVOJ. J. Pruška MH 4. přednáška 2

Recommend Documents