Transcript Primární napjatost

PODZEMNÍ STAVBY
Primární a sekundární
napjatost
Ústav geotechniky
Napjatost v okolí tunelového výrubu a
odvození klenbové teorie
Primární napjatost = původní napjatost v
horninovém masívu dosud neporušeném výrubem.
Primární napjatost se též nazývá geostatickou
 Sekundární napjatost: vylomením otvoru v masívu
dochází k porušení původního rovnovážného stavu a k
přeskupení primární napjatosti na sekundární

Primární napjatost

Mohou ji tvořit (podle příčiny) následující složky:
 Gravitační napětí = nejvýznamnější nebo velmi významné.
Je tvořeno vlastní tíhou horniny (σz= γh;
σx= σy= σzK0). Jediné dokážeme spočítat:
Jediné je obsaženo vždy!
K0 

1 
 Reziduální (zbytkové) napětí vnesené v geologické
minulosti tíhou původního nadloží, posléze oddenudovaného;
část vnesených napětí zůstala, část se uvolnila (=>
rozpukání z odlehčení, překonsolidace, vysoká boční napětí)
 Tektonická napětí vyvolaná nahromaděním energií od
horotvorné činnosti v geologickém vývoji
 Napětí od bobtnání či smršťování u hornin s vysokým
podílem jílových minerálů při přijímání či ztrátě vody v
krystalické mřížce
Primární napjatost -
pokračování
 Napětí od nehomogenit a anizotropií v masívu
 Přitížení a odlehčení způsobená lidskou činností
(poddolování, extrémně vysoké horninové a zeminové figury
ap.)
 Reziduální, tektonická a bobtnací (smršťovací) napětí
můžeme obvykle pouze odhadovat podle geologické stavby
resp. podle projevů při stavbě (či průzkumu)
 Je-li matematicky K0 < 1, prakticky může být i >> 1 (např.
Westerschelde Tunnel v Nizozemí … při ražbě v třetihorních
glaukonitických píscích bylo spočítáno podle poruch ostění za
štítem K0 = až 2,8 !!)
 Celkovou primární napjatost však můžeme u složitější
geologie změřit (např. konvergenční metodou - viz).
Skutečná primární napjatost může být i dosti odlišná od
napjatosti gravitační!! (K0 > 1)
K0 výrazně
klesá
K0>1
Úboční tunel =
uvolnění vodorovného
napětí do
údolního svahu
σz
σx= σy
 Primární stav napjatosti je mimo jiné potřebný pro stanovení
zatížení některých moderních typů ostění (např. u
„prstencové metody“)
Konvergenční měření
Merril-Pettersonovou
metodou
(odlehčení štolou)
Působení napětí při
vodní trhací zkoušce
(úsek měření 3 m)
Sekundární napjatost

Uvolněním otvoru (= vylomením výrubu) v
horninovém masívu dochází k porušení původního
rovnovážného (primárního) stavu napjatosti, který se
změní na napjatost sekundární. Původní pole
napětí se nemůže vytratit, pouze se transformuje
(= přemístí se vně vylomeného profilu)

Vývoj sekundární napjatosti je podstatný pro odvození
klenbových teorií
Kvalitní – „netlačivá“ hornina
= zcela pružný stav; stěny
udrží i vysoké napětí (maximálně
se projeví odprysky)
Méně pevná – „tlačivá“ hornina =
částečně pružně-plastický stav;
stěny neudrží vysoké zatížení,
počnou se porušovat
Odlehčená zóna = hornina s vyčerpanou
pevností (porušená, „zplastizovaná“)
Hornina v okolí výrubu uniká „zplastizováním“
(rozrušením) zvýšení napětí v důsledku přemístění
napěťového pole z otvoru. Vytváří tak odlehčenou
zónu, která má tendenci se sesouvat do výrubu =>
vyvíjí na výstroj PS horninový tlak. Nepostavíme-li
výstroj, rozvolněná hornina výrub zavalí a hornina se
bude do masívu rozvolňovat tak dlouho, dokud se
nevytvoří nový rovnovážný stav ve větší vzdálenosti od
výlomu = tzv. přirozená horninová klenba
 Rozsah odlehčené zóny závisí na mechanických
vlastnostech horniny, tvaru a rozměrech výrubu a na
tunelovací metodě
 Za odlehčenou zónou následuje zóna zvýšených
napětí = horninová klenba. V ní se ve větší
vzdálenosti od výrubu (a tedy na větší ploše) roznášejí
zvýšená napětí způsobená odstraněním horniny z
prostoru výrubu; hornina se zde tak stává nosnou

Odprysk – granodiority – hl. 1 000 m
K tomu, aby se mohla vytvořit horninová klenba je
nutná dostatečně mocná vrstva masívu nad PS =>
geometricky musí být splněno tzv. vysoké nadloží
 Pokryvné útvary se do výšky nadloží běžně neuvažují
 Pokud je nadloží nižší než vysoké jedná se o tzv.
nízké nadloží; potom se uvažuje pro zatížení
horninovým tlakem celá výška prostředí nad PS; počítá
se tzv. plné nadloží (včetně zatížení na povrchu)

Ověření
přirozené
horninové
klenby
polním
měřením
Mikroseismické
prozařování
ve vrtných
vějířích