Γεωτεχνική Μηχανική –Κατασκευές Σηράγγων (ΜΟΠ 418)

Περιεχόμενο μαθήματος :

Γεωτεχνική μηχανική: Ευστάθεια εδαφικών – βραχώδων πρανών, ορισμός συντελεστή ασφαλείας και μέθοδοι προσδιορισμού του.
Μέτρα αντιστήριξης πρανών – υπολογισμός πυκνότητας αγκυρίων.
Τοίχοι αντιστήριξης – έλεγχοι αστοχίας τοίχου, ορισμός ενεργητικών – παθητικών ωθήσεων.
Θεμελιώσεις – επιφανειακές – βαθιές θεμελιώσεις,
Στερεογραφικές Προβολές: Η χρήση τους για έλεγχο ολισθήσεων και κατακρημνίσεων σε πρανή.
Η χρήση της θεωρίας των μπλοκ για τον εντοπισμό επικίνδυνων σφηνών γύρω από υπόγειες εκσκαφές.
Διατμητική αντοχή άρρηκτου και ρηγματομένου υλικού: Το γραμμικό κριτήριο Mohr-Coulomb.
Το μη γραμμικό κριτήριο του Barton.
Άλλα γνωστά κριτήρια (Hoek & Brown, Griffith,...)
Πειράματα προσδιορισμού γωνία τριβής, συνοχής και διασταλτικότητας.
Ανάλυση Ευστάθειας Υπογείων: Ανάλυση σφηνών στην οροφή της σήραγγας.
Ανάλυση τάσεων και παραμορφώσεων γύρω από ανοίγματα, η λύση του Kirsch για κυκλικό άνοιγμα.
Χρήση αριθμητικών μεθόδων (πεπερασμένα στοιχεία, πεπερασμένες διαφορές).
Μέθοδοι διάνοιξης σηράγγων: Μηχανήματα εκσκαφής (ΤΒΜ, Roadheaders).
Η συμβατική μέθοδος διάτρησης ανατίναξης.
Τοποθέτηση προσωρινής και μόνιμης υποστήριξης υπογείων.
Οι δείκτες ταξινόμησης της βραχομάζας: Οι δείκτες RMR, Q, GSI, RQD,..., για τον προσδιορισμό της μηχανικής συμπεριφοράς της βραχομάζας.
 

Μαθησιακά Αποτελέσματα :

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/τρια θα είναι σε θέση να:

•  Εκτιμάει (Συνθέτει) την ευστάθεια φυσικών και τεχνικών πρανών με βάση τα κυριότερα συστήματα ασυνεχειών, την ύπαρξη νερού, σεισμικών διεγέρσεων κ.α.
•  Επιλέγει τον καταλληλότερο τύπο μέτρων υποστήριξης στην υποστήριξη επισφαλών πρανών.
•  Χρησιμοποιεί εμπορικά και δωρεάν προγραμμάτων ανάλυσης τάσεων, μετατοπίσεων και άλλων διαθέσιμων λογισμικών.
•  Υπολογίζει την ευστάθεια τοίχων αντιστήριξης, θεμελιώσεων, πρανών με την χρήση του ενιαίου συντελεστή ασφαλείας και με τον Ευρωκώδικα 7.
•  Κατατάσσει τα κυριότερα συστήματα ασυνεχειών με την χρήση των στερεογραφικών προβολών και να βρίσκει τον κινηματικό μηχανισμό των πιθανών αστοχιών της εκσκαφής.
•  Συγκρίνει (Αναλύει) τα κυριότερα μοντέλα στην διεθνή βιβλιογραφία και τα πεδία εφαρμογής του.
•  Αξιολογεί (Συνθέτει) την αβεβαιότητα των αποτελεσμάτων (έλεγχος αξιοπιστίας-ανάλυση ευαισθησίας).
•  Αναγνωρίζει τις βασικότερες τεχνικές διάνοιξης σηράγγων και τα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται για την όρυξη τους.
•  Σχεδιάζει (Συνθέτει) τα μέτρα υποστήριξης (επιφάνεια έδρασης τοίχου υποστήριξης, πυκνότητα αγκυρωσης, κ.α).

Γενικές Ικανότητες :

Γενικές ικανότητες που ενισχύει το μάθημα :

•  Λήψη αποφάσεων
•  Ομαδική εργασία
•  Σχεδιασμός και διαχείριση έργων
•  Σεβασμός στο φυσικό περιβάλλον
•  Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
•  Γραπτή επικοινωνία
•  Προφορική επικοινωνία
•  Διαχείριση Χρόνου
•  Χρήση Υπολογιστή
•  Επίλυση προβλημάτων
•  Διαχείριση αριθμητικών δεδομένων

Χρήση Τ.Π.Ε. στη Διδασκαλία, στην Εργαστηριακή Εκπαίδευση, στην Επικοινωνία με τους φοιτητές :

Οργάνωση διδασκαλίας :

Άλλα Σχόλια για την Οργάνωση της Διδασκαλίας :
1η Εβδομάδα:
- Εισαγωγικές έννοιες, Εφαρμογές, (2 ώρες),
-Ευστάθεια εδαφικών – βραχωδών πρανών, ορισμός συντελεστή ασφαλείας και μέθοδοι προσδιορισμού του (οριακή ισορροπία, οριακή ανάλυση, πεπερασμένα στοιχεία). (2 ώρες)

2η Εβδομάδα:
- Εργαστηριακές ασκήσεις ευστάθειας πρανών (2 ώρες)
- Στοχαστικός υπολογισμός ευστάθειας πρανών (2 ώρες)

3η Εβδομάδα:
- Στερεογραφικές απεικονίσεις επίπεδων ασυνεχειών και η χρήση τους για έλεγχο α) επίπεδων ολισθήσεων β) ανατροπών και γ) ολίσθηση σφηνών σε πρανή (2 ώρες).
- Εργαστηριακή άσκηση χρήσης των στερεογραφικών προβολών.

4η Εβδομάδα:
- Διατμητική αντοχή άρρηκτου και ρηγματωμένου υλικού με τα κυριότερα κριτήρια θραύσης (γραμμικό κριτήριο Mohr-Coulomb και το μη γραμμικό κριτήριο του Barton), πειράματα προσδιορισμού γωνία τριβής, συνοχής και διασταλτικότητας και όργανα μέτρησης (2 ώρες).
- Εργαστηριακές ασκήσεις χρήσης των κριτηρίων Mohr-Coulomb και του κριτηρίου του Barton και επεξεργασία δεδομένων δοκιμής διάτμησης (2 ώρες).

5η Εβδομάδα:
- Μέτρα αντιστήριξης πρανών – Τοίχοι αντιστήριξης, αγκύρια – έλεγχοι αστοχίας τοίχου, ορισμός ενεργητικών – παθητικών ωθήσεων και επίλυση με την θεωρία Rankine, Coulomb και με την οριακή ανάλυση της θεωρίας της πλαστικότητας, ποια η επίδραση του νερού (2 ώρες).
- Εργαστηριακές ασκήσεις υπολογισμού αγκύρωσης και τοίχου αντιστήριξης (2 ώρες).

6η Εβδομάδα:
-Θεμελιώσεις – επιφανειακές – βαθιές θεμελιώσεις, έλεγχοι αστοχίας θεμελίωσης, ορισμός μικτής και καθαρής φέρουσας ικανότητας - μοντέλο Terzaghi - Meyerhoff , ο Ευρωκώδικα 7 (2 ώρες).
- Εργαστηριακές ασκήσεις εφαρμογής του Ευρωκώδικα 7 για την ευστάθεια τοίχων αντιστήριξης και στις επιφανειακές θεμελιώσεις (2 ώρες).

7η Εβδομάδα:
- Αστοχίες υπογείων ανοιγμάτων – δημιουργία σφηνών στην οροφή της σήραγγας (2 ώρες).
- Εργαστηριακές ασκήσεις υπολογισμού ευστάθειας δισδιάστατης σφήνας στην οροφή κυκλικού ανοίγματος με την λύση του Kirch και σε μη κυκλικό άνοιγμα με την χρήση άλλων λύσεων (πχ αριθμητικών λύσεων , μιγαδικά δυναμικά) (2 ώρες).

8η Εβδομάδα:
- Αστοχίες υπογείων ανοιγμάτων – η χρήση της θεωρίας των μπλοκ και των στερεογραφικών προβολών για τον υπολογισμό των πιο επικίνδυνων σφηνών (2 ώρες).
- Εργαστηριακές ασκήσεις εφαρμογής της θεωρίας των μπλοκ για τον υπολογισμό της πιο επικίνδυνης σφήνας (2 ώρες).

9η Εβδομάδα:
- Ανάλυση τάσεων και παραμορφώσεων γύρω από ανοίγματα, η λύση του Kirsch για κυκλικό άνοιγμα, χρήση αριθμητικών μεθόδων (πεπερασμένα στοιχεία, πεπερασμένες διαφορές) (2 ώρες).
- Εργαστηριακές ασκήσεις επίλυσης μοδιάστατων και δισδιάστατων παραδειγμάτων εφαρμογής αναλυτικών και αριθμητικών λύσεων (2 ώρες).

10η Εβδομάδα:
- Μέθοδοι διάνοιξης σηράγγων, μηχανήματα εκσκαφής (ΤΒΜ, Roadheaders) (2 ώρες).
- Η συμβατική μέθοδος διάτρησης ανατίναξης (2 ώρες).

11η Εβδομάδα:
- Ορισμός της ειδικής ενέργειας κοπής και των λειτουργικών παραμέτρων των μηχανημάτων κοπής, το μοντέλο CSM, (2 ώρες).
- Εργαστηριακές ασκήσεις επεξεργασία δεδομένων κοπής από διανοίξεις υπόγειων σηράγγων (2 ώρες).

12η Εβδομάδα:
- Οι γεωτεχνικοί δείκτες ταξινόμησης (RMR,Q,GSI,...) για τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων της βραχόμαζας, στην απόδοση των μηχανημάτων κοπής (π.χ. QBarton), της απαιτούμενης υποστήριξης, στην επιλογή μεθόδου εκμετάλλευση υπόγειων κοιτασμάτων κ.α. , (2 ώρες).
- Εργαστηριακές ασκήσεις υπολογισμού RMR, RQD, MRMR, Q με βάση πραγματικές μετρήσεις από μετρήσεις των ασυνεχειών από καρότα γεωτρήσεων και από αποτυπώσεις στα εκτεθειμένα μέτωπα της σήραγγας (2 ώρες).

13η Εβδομάδα:
- Επαναληπτικό μάθημα με τις κυριότερες έννοιες του μαθήματος και επίλυση εργαστηριακών ασκήσεων, (4 ώρες).


Αξιολόγηση :

Αθροιστική/Συμπερασματική (για βαθμό φοιτητή) Αξιολόγηση:

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία :

[1] Barton, N.R. (1999). TBM performance in rock using QTBM.

[2] Bishop, A.W., 1955. The use of slip circle in the stability analysis of earth slopes. Geotechnique, Vol. 5, p. 7-17.

[3] Brady, B.H. & Brown, E.T., 1985. Rock Mechanics for Underground Mining. George Allen & Unwin , London.

[4] CHEN, W-F, 1975. LIMIT ANALYSIS AND SOIL PLASTICITY. Developments in Geotechnical Engineering 7.

[5] Crouch, S.L. and Starfield, A. M. , 1983. Boundary Element Methods in Solid Mechanics_ With Applications in Rock Mechanics and Geological
Engineering-George Allen & Unwin.

[6] Curran, J.H., Corkum, B. & Hammah, R.E. Three-dimensional Analysis of Underground Wedges under the Influence of Stresses.

[7] Fellenius, W. 1963. «Calculation of the stability of earth slope.» Trans. 2"d Congr. on Large Dams. Washington D.C. p. 445.

[8] Fethi Azizi, 2000. Applied Analysis in Geotechnics.

[9] Fredlund, D. G.., and Krahn, J. 1977. «Comparison of slope stability methods of analysis.» Can. Geoth. J. 14 (3): 429.

[10] Goodman, R.E. and Shi, G.H,m 1985. Block theory and application to rock engineering. PRENTICE-HALL, INC., Englewood Cliffs, New Jersey.

[11] Hoek, E. & Bray, J.W., 1981. Rock Slope Engineering. Institute of Mining and Metallurgy, London.

[12] Ishibashi, I. & Hazarika, H., 2015. Soil Mechanics Fundamentals and Applications. CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group, 2nd edition.

[13] Janbu, N. 1954. «Application of composite slip surface for stability analysis.» European Conf. On Stability of Earth Slopes. Stockholm. p. 43.

[14] Leshchinsky, D. 1990. «Slope stability analysis: generalized approach.» J. of Geotech. Eng. (ASCE) 116 (5): 851.

[15] Panet M. (1995) “Le calcul des tunnels par la methode convergence-confinement”, Presses de l’ Ecole Nationale des Ponts et Chaussees.

[16] Reddy, J.N. (2006). An Introduction to the Finite Element Method (Third ed.). McGraw-Hill.

[17] Rostami, J, Ozdemir L. and Nilson B. Comparison between CSM and NTH hard rock tbm performance prediction model.

[18] Sofianos, A.I. , Nomikos, P. &Tsoutrelis, C.E. , 1999. Stability of symmetric wedge formed in the roof of a circular tunnel: nonhydrostatic natural
stress field. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 36, 687–691.

[19] Terzaghi, K., 1943. Theoretical Soil Mechanics. John Wiley & Sons Inc.

[20] Αναγνωστόπουλος Α., Καββαδάς, Μ. & Παπαδόπουλος, Β.,2009.ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΑ 7 (EN 1997). ΤΕΕ.