Naslov
Model za procjenu posmične čvrstoće diskontinuiteta u masivnim vapnencima
(Model for shear strength estimation of discontinuities in massive limestones)

Autori
Dobrilović, Ivana

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Rudarsko-geološko-naftni fakultet

Mjesto
Zagreb

Datum
31.03

Godina
2021

Stranica
109

Mentor
Hrženjak, Petar

Ključne riječi
diskontinuitet ; posmična čvrstoća ; koeficijent hrapavosti pukotine ; koeficijent kontakta pukotine ; ispuna
(discontinuity ; shear strength ; joint roughness coefficient ; joint contact coefficient ; filling)

Sažetak
Istraživanja koja su prikazana u doktorskom radu utemeljena su na potrebi za postavljanjem jedinstvenog modela za procjenu posmične čvrstoće diskontinuiteta s materijalom i bez materijala ispune u masivnim i okršenim vapnencima. Karakteristični primjer takve potrebe i takvih stijena upravo je ležište arhitektonsko-građevnog kamena Kanfanar-jug u Istri na kojem su provedena terenska istraživanja i na čijim su uzorcima provedena detaljna laboratorijska ispitivanja. Određivanje posmične čvrstoće diskontinuiteta pokazalo se važnim pri određivanju stabilnosti prostorija tijekom podzemne eksploatacije arhitektonsko-građevnog kamena. Pouzdanost procjene vrijednosti posmične čvrstoće diskontinuiteta naročito dolazi do izražaja primjenom u masivnim i okršenim vapnencima s izrazito hrapavim i nepravilnim stijenkama diskontinuiteta, s ili bez materijala ispune, kakvi su prisutni u spomenutom ležištu za koje se pokazalo da postojeći modeli ne mogu dati zadovoljavajuće rezultate. Potreba utvrđivanja modela za procjenu posmične čvrstoće diskontinuiteta među ostalim je uvjetovana otežanom, gotovo nemogućom provedbom terenskih ispitivanja posmične čvrstoće, ali i otežanom provedbom laboratorijskih ispitivanja u redovitim okolnostima zbog troškova, vremena te teškog pribavljanja dostatnog broja uzoraka. Ležište arhitektonsko-građevnog kamena Kanfanar-jug karakteristično je upravo zbog diskontinuiteta koji imaju velike nepravilne i hrapave stijenke s izraženim neravninama i u velikom i u malom mjerilu promatranja, koji mogu biti bez ispune ili u većini slučajeva s materijalom ispune koja se može naći u različitim stanjima konzistencije. Za potrebe razvoja modela za procjenu posmične čvrstoće diskontinuiteta, provedena su terenska istraživanja prilikom kojih su pripremljeni veliki uzorci blokova s prirodnim diskontinuitetima kao i uzorci materijala ispune u graničnim stanjima. Na tim su uzorcima provedena detaljna laboratorijska ispitivanja posmičnih čvrstoća. Posebna pažnja prilikom toga posvećena je određivanju koeficijenta hrapavosti pukotina JRC, stvarnoj kontaktnoj površini između stijenki diskontinuiteta, baznom, odnosno rezidualnom kutu trenja te kutu trenja ugrađenog materijala ispune između ploha diskontinuiteta. Razvoj modela za procjenu posmične čvrstoće diskontinuiteta temeljio se na Bartonovom JRC-JCS empirijskom modelu s obzirom na činjenicu da je on jedan od najčešće primjenjivanih modela u inženjerskoj praksi. Na temelju rezultata provedenih ispitivanja provedena je modifikacija Bartonovog JRC-JCS modela. Modifikacija je sačinjavala primjenu kuta trenja ugrađenog materijala ispune za slučaj diskontinuiteta s ispunom umjesto baznog ili rezidualnog kuta trenja. Pri tome je za ispravno vrednovanje hrapavosti stijenki diskontinuiteta u masivnim i okršenim vapnencima utvrđena nužnost povećanja koeficijenta hrapavosti pukotina JRC10 na veće vrijednosti od dosada najvećih predloženih u iznosu 20. Evaluacija predloženog modela pokazala je zadovoljavajuću točnost prilikom procjene posmične čvrstoće diskontinuiteta s materijalom ispune različitog stanja konzistencije. Model za procjenu posmične čvrstoće diskontinuiteta koji je postavljen u doktorskom radu temeljen je na Bartonovu empirijskom JRC-JCS modelu koji kao ključne parametre upotrebljava koeficijent hrapavosti pukotina JRC, tlačnu čvrstoću stijenki pukotina i rezidualni kut trenja te na zapažanjima pojedinih autora vezanim uz pojavu znatnog smanjenja posmične čvrstoće dodavanjem čak i tankog sloja materijala ispune (Indraratna i Haque, 2001). Provedbom terenskih ispitivanja uočeno je da se hrapavost stijenki diskontinuiteta ne može odrediti usporedbom sa standardnim profilima hrapavosti kao što je to preporučio Barton (Barton, 1973), zbog čega se javila potreba za prijedlogom, odnosno proširenjem standardnih profila hrapavosti. To proširenje učinjeno je na osnovi izmjerenih vrijednosti JRC-a na terenu i laboratorijskim uzorcima prijedlogom dodatnih pet karakterističnih profila za raspone vrijednosti JRC-a od 20 do 30 kao standardnih profila hrapavosti. Predloženi profili validirani su tako što je određena hrapavost stijenki diskontinuiteta na temelju izrađenih profila digitalnom fotogrametrijom preko statističkog parametra Z2, pri čemu su dobivene praktički jednake vrijednosti. Uz navedeno primijenjena je i metoda određivanja hrapavosti mjerenjem amplitude hrapavosti koja se u ovom slučaju nije pokazala primjenjivom s obzirom na to da su izmjerene vrijednosti hrapavosti izlazile iz područja predloženog dijagrama. Nadalje, vezano za pojavu smanjenja posmične čvrstoće zbog prisutnosti tankog sloja ispune, provedena su ispitivanja kuta trenja koja su uključivala i ispunu ugrađenu između ispiljenih ploha uzoraka na kojima se provelo određivanje baznog kuta trenja. Ispitivanje je provedeno pokusom klizanja naginjanjem i u uređaju za izravni posmik u CNL uvjetima. Ispitivanjem u CNL uvjetima uočeno je da se ispuna djelomično komprimira, a djelomično istiskuje, ovisno o stupnju vlažnosti, s obzirom na to da je uzorak podvrgnut normalnom opterećenju koje zapravo simulira realnije uvjete u ležištu. Stoga se preporučuje da se taj postupak ispitivanja upotrebljava pri određivanju baznog kuta trenja kao i kuta trenja ugrađenog materijala ispune. S obzirom na to da vrijednost izmjerenog kuta trenja s ugrađenom ispunom nije bazni kut trenja, nego je riječ o trenju ugrađene ispune između ispiljenih ploha stijene, za taj parametar uvedena je oznaka φfb. Uz navedeno uočeno je da stijenke osobito okršenijih diskontinuiteta u manjoj mjeri ostvaruju stvarne kontakte, zbog čega su provedena mjerenja površina kontakata nasuprotnih stijenki diskontinuiteta. Budući da to nije standardizirano ispitivanje, primijenjen je film za profiliranje koji je izvedbom namijenjen upravo uskim i neravnomjernim površinama. Rezultat je iskazan koeficijentom kontakta pukotine JCC. S obzirom na to da u takvim slučajevima stijenke ostvaruju kontakt u manjem postotku, normalna naprezanja preraspodjeljuju se samo na određene točke kontakta, zbog čega treba korigirati normalna naprezanja. Ocjena uspješnosti primjene modificiranog Bartonova JRC- JCS modela provedena je regresijskom analizom. Prema vrijednostima statističkih parametara za oba slučaja može se utvrditi da imaju jake korelacijske veze te da model koji upotrebljava JCC u određenoj mjeri podcjenjuje rezultate posmične čvrstoće diskontinuiteta, dok model koji ne upotrebljava koeficijent JCC u određenoj mjeri precjenjuje rezultate. Također se pokazalo da, matematički gledano, upravo tako postavljen model, u kojem se primjenom logaritma odnosa čvrstoće stijenki diskontinuiteta i normalnog naprezanja reducira koeficijent hrapavosti koji naposljetku pridonosi kutu trenja, najbolje opisuje posmična čvrstoća diskontinuiteta.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Rudarstvo, nafta i geološko inženjerstvo

POVEZANOST RADA