- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Hromadně přidat materiály
skripta4
BF05 - Mechanika hornin
Hodnocení materiálu:
Vyučující: doc. Ing. Vladislav Horák CSc.
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiálVYSOKÉ UČ ENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
FAKULTA STAVEBNÍ
VLADISLAV HORÁ K
MECHANIKA HORNIN
MODUL BF05-M04
STABILITA SKALNÍCH STĚ N A KOTVENÍ DO HORNIN
STUDIJNÍ OPORY
PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
Mechanika hornin · Modul 04
- 2 (32) -
Jazyková korektura nebyla provedena, za jazykovou stránku odpovídá autor.
© Vladislav Horák, Brno 2006
Obsah
- 3 (32) -
OBSAH
1 Ú vod ...............................................................................................................5
1.1 Cíle........................................................................................................5
1.2 Pož adované znalosti..............................................................................5
1.3 Doba potřebná ke studiu .......................................................................5
1.4 Klíč ová slova.........................................................................................5
1.5 Použ itá terminologie .............................................................................5
2 Stabilita skalních stě n...................................................................................7
2.1 Základní typy porušení stability skalních stěn......................................7
2.2 Faktory ovlivňující stabilitu skalních stěn a svahů ...............................9
2.3 Ř ešení stability skalní stěny (svahu)...................................................13
3 Kotvy a kotvení do hornin .........................................................................16
3.1 Svorníky s mechanický m ukotvením..................................................19
3.2 Svorníky kotvené syntetický m tmelem (lepené).................................20
3.3 Svorníky a hřebíky kotvené cementový mi směsmi ............................21
3.4 Svorníky frikč ní (třecí)........................................................................22
3.5 Pramencové, kabelové a tyč ové kotvy................................................23
3.6 Kotevní mikropiloty............................................................................25
3.7 Efekt kotvení (svorníkování) a návrh kotev (svorníků) ......................27
4 Závě r............................................................................................................31
4.1 Shrnutí.................................................................................................31
4.2 Studijní prameny.................................................................................31
4.2.1 Seznam použ ité literatury .....................................................31
4.2.2 Odkazy na další studijní zdroje a prameny...........................32
Ú vod
- 5 (32) -
1 Ú vod
1.1 Cíle
Student se seznámí s problematikou stability skalních stěn a se základními typy
jejich porušení (smykem, odtrž ením, překlopením). Dále se podrobně dozví o
faktorech ovlivňujících stabilitu skalních stěn. Znač ná pozornost je věnována i
statickému řešení vlastní stability skalních stěn (klínová metoda). V další části
studijních opor je pro studujícího rozebrána problematika kotvení do hornin
(kotvy, svorníky, hřebíky) s uvedením jejich nomenklatury. Student se seznámí
i se základy dimenzování těchto moderních konstrukč ních prvků.
1.2 Požadované znalosti
Pož adovány jsou základní znalosti z geologie, fyziky, stavebních látek, staveb-
ní mechaniky a pruž nosti a plasticity.
1.3 Doba potřebná ke studiu
Dobu potřebnou ke studiu „Modulu 04 – Stabilita skalních stěn a kotvení do
hornin“ lze odhadnout na cca 10 hodin.
1.4 Klíčová slova
Hornina, horninový masív, diskontinuita, puklina, rozpukání, skalní stěna,
svah, stabilita, stupeň stability, bezpeč nost, porušení stěny (svahu) smykem,
horninový klín, kotvení (do hornin), kotva, svorník, hřebík, dimenzování (kot-
vy).
1.5 Použitá terminologie
Je osvětlena postupně v uč ebním textu.
Stabilita skalních stěn a kotvení do hornin
- 7 (32) -
2 Stabilita skalních stě n
Posouzení stability stěn a svahů ve skalní (poloskalní) hornině patří obvykle k
velmi nároč ný m technický m problémům. Stabilita F je dána (obdobně jako u
zemních svahů) stupněm stability (tj. poměrem pasivních sil bránících pohybu
tělesa ku silám aktivním způsobujícím pohyb podél smykové plochy):
sílyaktivnípasivníF = (2.1)
kde: pasivní síly = tření a soudrž nost na ploše porušení (smykové ploše)
aktivní síly = tangenciální síly na ploše porušení (smykové ploše)
Volba stupně stability závisí na výšce a ž ivotnosti řešené stěny (svahu). Pro
stěny doč asný ch stavebních jam se stupeň stability volí F = 1,1 až 1,25; pro
trvalé stěny (např. zářezy komunikací) se stupeň stability zvyšuje na hodnoty F
= 1,2 až 1,5. Souč asně i vstupy statického posouzení bývají běž ně urč ovány
s urč itou bezpeč ností.
Obr. 2.1 Skalní stěna (svah) – zá kladní pojmy. 1 – skalní těleso (masív), 2 – skalní stěna
(svah), 3 – smyková plocha, 4 – hrana stěny, 5 – pata stěny, h – výška stěny, ψ – sklon stěny
(J. Pavlík, 1981)
2.1 Základní typy porušení stability skalních stě n
V přírodě jsou zastiž eny následující typy porušení skalních stěn (obr. 2.1):
• porušení smykem (skalní sesuvy)
• porušení odtržením (skalní převisy, odvalové řícení)
• porušení překlopením bloků
Mechanika hornin · Modul 04
- 8 (32) -
Obr. 2.2 Zá kladní typy porušení skalních stěn.a – smykem, b – odtrž ením, c - pře-
klopením (podle J. Pavlíka in J. Malgot, F. Klepsatel a I. Trá vníček, 1992)
Porušení smykem (obr. 2.2a):
po nakloněné rovině; můž e nastat, pokud je stupeň stability F < 1:
wFG
cltgUGF
+
+−=
a
ja
sin
)cos(
(2.2)
kde: G tíha předmětného bloku horniny
α úhel odklonu smykové plochy od horizontály
φ úhel tření na smykové ploše
c případná soudrž nost na smykové ploše
l délka smykové plochy
U vztlak vody (nadlehč ující blok)
Fw vý slednice hydrostatického tlaku vody zatěž ujícího blok (shora)
Porušení odtržením (obr. 2.2b):
nastane porušením mezní rovnováhy na ploše odtrž ení:
vss
tt
VrrGGr
clrGF
++
+= )(
(2.3)
kde: G vlastní tíha převisu
Gt odpor proti porušení tahem na ploše odtrž ení (pevnost v tahu)
Gt = 2 rt σt
σt pevnost horniny (masívu) v tahu
Gs (případná) setrvač ná seismická síla
Stabilita skalních stěn a kotvení do hornin
- 9 (32) -
V vý slednice přitěž ujícího hydrostatického tlaku vody v puklinách
c soudrž nost na ploše odtrž ení
l délka plochy odtrž ení
r, rv, rt, rs ramena působících sil k bodu A.
Porušení překlopením (obr 2.2c):
nastane pokud stupeň stability F < 1:
hG
bGF
a
a
sin
cos=
(2.4)
kde: G tíha předmětného bloku horniny
α úhel odklonu lož né plochy bloku od horizontály
b šíř ka horninového bloku
h výška horninového bloku.
Pozn.: Ve všech případech je uvaž ované řešení provedeno pro 1 běž ný metr
stěny.
2.2 Faktory ovlivňující stabilitu skalních stě n a svahů
a) Pevnost horninového masívu je hlavní pasivní silou proti pohybu skalního
tělesa. Závisí na typu horniny a jejím stavu – tj. strukturně-texturních cha-
rakteristikách. Patří sem především četnost, charakter a orientace ploch
nespojitosti prostupujících horninový masív, jejich výplně, navětrá ní apod.
Seriozní stanovení pevnosti horninového masívu není snadnou zálež itostí.
Co se tý ká pevnosti horninového masívu je nutné rozlišit:
o tření na hladkých plochách
o tření na plochách s hrubými nerovnostmi
o pevnost celistvých hornin příp. hornin prostoupený ch neprůběž ný mi
nebo příznivě orientovaný mi diskontinuitami.
Vlivy zvyšující a především sniž ující pevnost:
o rozevření a výplně ploch nespojitosti – oddá lení ploch ve spáře zna-
mená vž dy snížení smykového odporu. Při vyhojení považ ujeme hor-
ninu za celistvou. Výplň rozevřený ch spár je často rozhodujícím činite-
lem smykové pevnosti masívu. Je-li výplň spáry nižší pevnosti vychá-
zíme obvykle z jejích smykový ch parametrů (ověř ený ch polními
zkouškami podél puklin nebo č astěji laboratorními testy příp. převzetím
směrný ch normový ch charakteristik z ČSN 73 1001/1988)
o anizotropie horninového masívu způsobená především prostoupením
masívu systémy ploch nespojitosti (tzv. planá rní anizotropie), resp.
anizotropie způsobená orientací působících hlavních napětí (anizotropie
napjatostní)
o čas (vliv reologie) – při zatíž ení horniny vzniká okamž itá deformace,
která se v čase, při nezměněném zatíž ení plíž ivě (creepově) zvyšuje,
mnohdy až do porušení (viz laboratorní zkoušky).
Mechanika hornin · Modul 04
- 10 (32) -
b) Vlastní tíha horninového masívu je obvykle rozkládána na slož ku pasivní
(normálovou – z ní pak tření) a aktivní (tangenciální). Jako č istě pasivní
působí vlastní tíha při vodorovný ch lož ný ch spárách; jako č istě aktivní pů-
sobí při porušení odtrž ením (obr 2.2 b). Velikost vlastní tíhy působící při
destrukci stěny závisí na geometrii stěny, na poloze odlučné (smykové)
plochy při porušení a na objemové tíze horniny γ.
c) Působení vody je velmi komplikované s následujícími projevy:
o Zvýš ení objemové hmotnosti horniny vyplněním pórů a dutin vodou.
U běž ný ch skalních hornin jde (vzhledem k nízké pórovitosti cca 2 ÷ 4
%) o nepodstatný úč inek. Nabý vá to naopak na vý znamu u silně pórovi-
tý ch hornin, u hornin poloskalních a především u zemin (majících vyšší
pórovitost než skalní horniny)
o Snížení pevnosti horniny při nasycení vodou. Nejvyšší pevnost vyka-
zuje vysušená hornina. Voda v pórech působí jako mazivo (tj. sniž uje
tření). Číselně je sníž ení pevnosti po nasáknutí horniny vyjá dřeno tzv.
koeficientem změknutí (u vyvřelin cca 0,9 ÷ 0,95; u některý ch sedi-
mentů až okolo 0,5)
o Zmenšení smykového odporu na styčných spárách vyplý vá opět
z mazacího úč inku vody a z tlaku vody ve spárách. Ú hel tření klesá
běž ně o 1° až 2°, extrémně až na 0. U vyplněný ch puklin klesá konzis-
tence vý plně a tím i smyková pevnost
o Hydrostatický tlak je jedním z nejvý znamnějších faktorů. Zavádí se
vž dy, když je ve spárách přítomna voda. Nabý vá dvou forem: jako
boční hydrostatický tlak posouvající blok horniny a jako vztlak nadleh-
č ující blok a sniž ující tření (obr. 2.2a a 2.3). U průběž ný ch puklin se
hodnota hydrostatického tlaku zavádí plnou hodnotou; u neprůběž ný ch
puklin je uplatnění hydrostatického tlaku omezené
o Proudě ní vody ve spárách je z pohledu svého působení velmi slož ité.
Projevuje se tlakem proudovým (tj. nepříznivý m úč inkem zatěž ujícím
blok); proudový tlak však souč asně i do jisté míry ruší tlak hydrostatic-
ký (tzn. stává se příznivý m úč inkem). Dalším důsledkem proudění vody
ve spárách je jejich zanášení č i vymý vá ní. Obojí je považ ováno za ne-
příznivé. Při vymý vá ní se otevírá cesta pro hydrostatický tlak a vztlak;
při zanášení dochází k plnění masívu vodou a opět ke zvyšování jejího
tlaku
o Účinek ledu ve spárách. Voda, která zmrzne zvětší svůj objem o 1/11.
Tím vznikají velmi vysoké tlaky na stěny puklin; těm nemůž e vzdoro-
vat žádný masív. Zřícení stěny však brání přilnavost ledu k hornině - ta
se vytrácí při oblevě. Proto dochází k největšímu množ ství poruch skal-
Obr. 2.3
Hydrostatický tlak vody půso-
bící na blok horniny. Fw –
boční přitížení, U - vztlak (J.
Malgot, F. Klepsatel a I. Trá v-
níček, 1992)
Stabilita skalních stěn a kotvení do hornin
- 11 (32) -
ních stěn ke konci zimy a na počátku jara. Naopak jako příznivý úč inek
je mož né označ it doč asné zpevnění promrznuté horniny (jevu se využ í-
vá při umělém zpevňování prostředí zmrazováním). Dalším velmi nega-
tivním dopadem je utěsnění vý toku vody z hory při zamrznutí a násled-
né plnění masívu vodou se zvyšováním hydrostatického tlaku a vztlaku
o Účinek bobtnání a smršťování se projevuje u některý ch poloskalních
hornin s vysoký m obsahem jílový ch minerálů (jílovce, prachovce, jílo-
vité břidlice). Bobtná ní při přijímání vody do krystalické mříž ky mine-
rálů má za následek vznik vysoký ch tahový ch sil v podpovrchové vrst-
vě. Smršť ová ní, jako důsledek ztráty vody při vysychání, vede ke vzni-
ku otevřený ch tahový ch trhlin. Ty jsou pak branou pro další pronikání
vody do horninového tělesa.
Obecně lze zaznamenat nejčastě jší výskyt poruch skalních stě n a svahů
po tání nebo po mimořádných srážkách.
d) Účinky teplotních změ n. Kolísání teploty během dne resp. během roku
způsobuje objemové změny horninový ch bloků na povrchu masívu. Z toho
pak vyplý vá postupné otevírání spár omezujících blok shora a č asto i vy-
tváření nový ch puklin (obr. 2.4). Tento jev je výrazný především na oslu-
něný ch partiích masívu:
e) Účinky zvě trávání jsou výpoč tem prakticky nepostiž itelné. Je mož né od-
hadovat budoucí hloubku navětrání/zvětrání od líce stěny a v této zóně
uvaž ovat sníž ení geotechnický ch vlastností horniny vstupujících do posou-
zení, případně zvýšit pož adovaný stupeň stability při posuzování trvalé stě-
ny (svahu).
f) Seismické účinky způsobené trhacími pracemi v blízkosti stěny (svahu)
nebo vibracemi od dopravy. Do vý poč tu se obvykle zavádějí jako přídavné
seismické, č astěji však jako statické přitíž ení. Velikost tohoto zatíž ení
(příp. jeho přípustná hodnota) se stanovuje obvykle měř ením při pokusný ch
odstřelech (zrychlení, délka vlny, amplituda… ).
g) Vliv reziduální napjatosti je nutné vž dy zavádět u vysoký ch stěn úzký ch
zářezů v místech s velký mi hodnotami vodorovného reziduálního napětí.
Napjatost masívu zde výrazně ovlivňuje tvar smykové plochy (za předpo-
kladu, ž e není predisponována strukturně-texturní stavbou masívu).
V důsledku vysokého reziduálního napětí vznikají hranové a patní poru-
chy případně dochází ke zvedá ní dna zářezu (= bulging) – obr. 2.5:
Obr. 2.4
Účinek změn teploty na horni-
nový blok. 1 – původní stav, 2
– po oteplení, 3 – po ochlazení
na původní teplotu (podle Q.
Zá ruby in J. Pavlík, 1981)
Mechanika hornin · Modul 04
- 12 (32) -
Obr. 2.5 Změna stavu napjatosti způsobená vyhloubením hlubokého zářezu v mí
Vloženo: 13.01.2011
Velikost: 840,17 kB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Copyright 2024 unium.cz