Simularea comportamentului masivului de roca si a fenomenelor de instabilitate

SIMULAREA COMPORTAMENTULUI MASIVULUI DE ROCA SI A FENOMENELOR DE INSTABILITATE

Pe langa metodele directe de testare in laborator s-a folosit pentru simularea comportamentului masivului de roci saline de la Targu Ocna, un software geotehnic bazat pe criteriul de rupere Hoek- Brown. Criteriul de rupere Hoek- Brown este general acceptat si se aplica in intreaga lume obtinand rezultate care satisfac necesitatile ingineresti. Exista cateva incertitudini si uneori nu exista acuratete in rezultate obtinute, motiv pentru care se recurge la modele numerice si programe de calcul ale echilibrului la limita.

Criteriul original de rupere Hoek- Brown a aparut in 1980, care apoi a suferit treptat modificari de catre autori, aducandui-se completari si imbunatatiri (1983, 1988, 1992, 1994, 2002). Autorii au propus relatii de calcul pentru tensiunile principale pentru caracterizarea masivului (1.18), mai convenabil decat relatii intre tensiunile tangentiale si normale, fig.1.3

        (1.18)

unde: σ₁ este tensiunea principala maxima la rupere;

σ₃, este tensiunea principala minima sau tensiunea de confinare;

m si s sunt constante de material;

σ_rc rezistenta de rupere la compresiune monoaxiala a sarii intacte;

Fig.1.3. Relatia intre tensiunea principala maxima si minima pentru criteriul Hoek- Brown

Din ecuatia (1.18) se obtine rezistenta de rupere la compresiune monoaxiala a sarii σ_c daca se inlocuieste σ₃ = 0. Inlocuind σ₁ = σ₃  σ_t, se obtine rezistenta de rupere la tractiune monoaxiala a sarii σ_t.

                                   (1.19)

                                                  (1.20)

In criteriul generalizat s-a folosit valoarea redusa a constantei de material m_i, si anume m_b, ecuatia (1.21)

        (1.21)

unde

Introducerea criteriului generalizat al lui Hoek- Brown (1994), da posibilitatea sa fie incorporate atat conditiile criteriului original cat si modificarile la criteriu, tinand seama de parametri geometrici, geologici ai masivului de sare. Pentru estimarea rezistentei masivului de sare s-a introdus indicele GSI (Geological Strength Index) care acopera neajunsurile indicelui RMR propus de Bieniawski. Acest indice ne permite sa grupam masivul de sare in sase categorii in functie de structura geologica de la structura intacta a masivului pana la structura laminara si in acelas timp tinand seama de caracterizarea discontinuitatilor masivului de sare, in cinci categorii, de la sarea foarte buna la sarea foarte slaba. Practica inginereasca ne da posibilitatea sa alegem pentru masivul de sare, tinand seama si de structura geologica, un GSI cuprins in intervalul (90 - 87) adica o structura intacta sau masiva, cu putine zone de discontinuitate.

S-au facut simulari pentru valorile GSI din intervalul (87 - 90), observand cea mai buna comportare la GSI = 90 adica masivul de sare aproape intact, bine structurat prin legaturi interne, constand in blocuri cubice formate dupa trei axe, intersectate de locuri de discontinuitate.

Pentru rocile saline de la Targu Ocna, cunoscand caracteristicile geo-morfologice s-a ales valoarea lui m_i dupa recomandarile din literatura de specialitate in intervalul (10 2), . S-au facut simulari cu valorile 10 si 12, observand cea mai buna comportare pentru valoarea lui m_i = 10.

Deosebirile intre masivul de roca perturbat si neperturbat sunt cunoscute in general din experienta din practica inginereasca. Editia 2002 a criteriului de rupere Hoek- Brown estimeaza acest lucru prin introducerea factorului de disturbanta (perturbare) D. Influenta factorului D poate sa fie foarte larga. Am facut simulari apreciind acest factor D cu valori de la 0 la 0,5. Valoarea D = 0, este valabila in cazul masivului intact, neperturbat, ceea ce nu corespunde masivului de sare si atunci am ales valoarea de D = 0,1 a acestui factor, rezultatele fiind mai apropiate de cazul real.

Cunoscand valorile rezistentei de rupere la compresiune monoaxiala a rocilor, din caracterizarea geomecanica a sarii de la Targu Ocna, s-au facut simulari pentru diferite valori a lui σ_rc. Rezultatele acestor simulari sunt prezentate in Anexele 1 pana la 12.

Cele mai multe software geotehnice sunt gandite avand la baza elemente ale criteriului de rupere Mohr- Coulomb. Este necesar sa se determine unghiul de frecare φ si coeziunea C, pentru un sir de valori ale tensiunii, pentru fiecare proba de roca. Acestea sunt obtinute prin aproximarea printr-o dreapta a mediei unor valori, la curba generata de rezolvarea ecuatiei (1.21) a valorilor tensiunii principale minime, σ₃.

Sunt trasate graficele pentru tensiunea principala minima si maxima pentru Hoek - Brown si echivalentul criteriului Mohr - Coulomb. Conform criteriului Mohr - Coulomb, tensiunea de forfecare τ pentru o tensiune normala data, se obtine prin substituirea valorilor lui C si φ in ecuatia (1.22)

                                      (1.22)

Ruperile incep la frontiera excavatiei cand σ_c este depasit de tensiunea indusa la frontiera. Ruperea se propaga de la punctul initial in planul suprafetei tensiunilor si eventual se stabilizeaza cand rezistenta locala, definita de ec. (1.21) este mai mare decat tensiunile induse σ₁ si σ₃. Cele mai multe modele numerice urmaresc acest proces al propagarii fisurilor care este foarte important cand avem in vedere stabilitatea excavatiilor in roci si cand se proiecteaza elementele de sustinere la nivelul unei analize detaliate.

Heok sugereaza ca coeziunea determinata din aproximarea prin tangenta la infasuratoarea Mohr este valoarea limita superioara si poate da rezultate bune in calculele de stabilitate. In consecinta, o valoare medie determinata prin aproximarea lineara a relatiei Mohr- Coulomb prin metoda celor mai mici patrate poate fi mai apropiata. Hoek introduce de asemenea, conceptul criteriului generalizat Hoek-Brown in care panta curbei tensiunii principale trasate sau infasuratoarea Mohr poate fi ajustata prin coeficientul variabil a in locul termenului puterii 0,5 in ecuatia (1.18).

Pe baza acestor consideratii s-a folosit aceasta metoda de simulare prin implementarea in programul specializat RocLab sub Windows a parametrilor si proprietatilor rocii saline de la Targu Ocna, program care include tabele si grafice pentru estimarea tensiunii monoaxiale de compresiune ale rocii intacte, (σ_ci), constanta de material m_i si indicele GSI.