sadrŽaj - gfv.unizg.hr · metode, no prema na činu mjerenja i obradi podataka ova metoda vrlo je...
TRANSCRIPT
SADRŽAJ:
1. UVOD ................................................................................................................................... 1
2. KARBONATNE STIJENE ........................................................................................... 2
2.1. DOLOMITI I VAPNENCI ...................................................................................... 2
2.2. LAPORI I MARLITI ............................................................................................... 3
2.3. BREČE, KONGLOMERATI I KALKLITITI ........................................................ 3
2.4. KARBONATI .......................................................................................................... 4
2.5. KRŠ ........................................................................................................................... 5
3. GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA ................................................................................. 7
3.1. GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA U KARBONATIMA ........................................ 8
3.2. METODA GEORADARA ...................................................................................... 8
3.3. SEIZMIČKA REFRAKCIJA ................................................................................ 10
3.4. MASW .................................................................................................................... 12
4. GEOTEHNIČKE ZNAČAJKE STIJENSKE MASE ................................................. 14
5. ANALIZA STABILNOSTI KOSINE ......................................................................... 18
5.1. PRORAČUN STABILNOSTI KOSINE PREMA BISHOP-u ........................................... 25
6. ZAKLJUČAK ..................................................................................................................... 30
LITERATURA: .......................................................................................................................... 31
GRAFIČKI PRILOZI ................................................................................................................. 32
SAŽETAK .................................................................................................................................. 33
KLJUČNE RIJEČI ...................................................................................................................... 34
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
1. UVOD
Karbonatne stijene (vapnenci i dolomiti) izgrađuju većinu hrvatskog jadranskog
i dinarskog područja, kao i veliki prostor sjeverozapadne Hrvatske. Upravo zato
istraživanja koja se provode na tim prostorima interesantna su istraživačima različitih
disciplina. Same stijene mogu biti promatrane od strane geologa, kako bi dobili neke
geološke, prirodoslovne značajke, dok će nam inženjer dati podatke o geološkom
sastavu i građi terena da bi mogli riješiti neki konkretan istraživački zadatak.
U ovom radu prezentiran je kratki pregled podjele karbonatnih stijena, minerala
koji ih izgrađuju, te termin krškog fenomena koji čini 52% teritorija Republike
Hrvatske. Nakon toga govori se o geofizici, tj njezinim metodama i načinu istraživanja s
naglaskom na primjeni istraživanja u karbonatima. Posebno su opisane metode
georadara, seizmičke rafrakcije i relativno nova seizmička metoda u primjeni –
višekanalna analiza površinskih valova (MASW), koja ima prednosti pri utvrđivanju
raspodjele brzine posmičnih valova u odnosu na metodu seizmičke refrakcije.
U četvrtom poglavlju dati je uvid u geotehničke značajke stijenske mase kako se
uz terenske geofizičke istražne radove na mjestu zahvata, mogu sprovesti i razni pokusi
na uzorkovanim uzorcima. Opisano je izvođenje pokusa sa Schmidtovim čekićem,
mogućnost korelacije između dobivenog rezultata Schmitovim čekićem i Youngovog
modula, te neke od mogućnosti primjene programskog paketa RockLab.
Posljednje poglavlje sastoji se od primjera analize stabilnosti kosina. Time sam
željela pokazati jednu od mogućih funkcija geofizičkih istraživanja, tj. čemu mogu
poslužiti rezultati geofizičkih istraživanja.
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
2. KARBONATNE STIJENE
Karbonatnim stijenama nazivamo one stijene koje sadrže više od 50%
karbonatnih minerala. U karbonatne stijene ubrajamo dolomite, dolomitične vapnence i
vapnence koje prema postanku pripadaju kemijskim i biokemijskim sedimentnim
stijenama. U karbonatne stijene prema prevladavajućem karbonatnom sastavu također
ubrajamo i dolomitne, vapnenačke i vapnenačko-dolomitne breče i konglomerate,
vapnenačke pješčenjake ili kalklitite te lapore, marlite ili lapornjake, iako prema
podrijetlu breče, konglomerati i kalkiti pripadaju klastičnim, a lapori i marliti
mješovitim sedimentnim stijenama [1].
2.1. DOLOMITI I VAPNENCI
Dolomiti se sastoje od minerala dolomita, dolomitični vapnenci od kalcita i
dolomita, a vapnenci od karbonatnih minerala: kalcita, magnezijeva kalcita, ponekad i
aragonita. U sastavu karbonatnih stijena može postojati različiti udio siliciklastičnog
materijala tj. primjesa kao što su glina, pijesak i prah (silt) te nekarbonatne minerale –
kvarc, opal, anhidrit, gips, albit.
Vapnenci (Slika 1.) su stijene organskog i anorganskog postanka, topljive u
razrijeđenoj klorovodičnoj kiselini (HCl). U svojoj građi mogu imati karbonatni mulj ili
mikrit, vapnenačke fragmente, pelate – fekalni otpad organizama, fosile i njihove
ostatke, te sparit – kalcitni cement nastao taloženjem iz vodene otopine.
Dolomiti (Slika 2.) se od vapnenaca razlikuju slabom topljivošću u
klorovodičnoj kiselini, ali i većom tvrdoćom i gustoćom. Dolomiti ne nastaju
biokemijskim procesima, kao ni izravnim izlučivanjem iz morske vode, nego su to
redovito sekundarni minerali nastali procesom dolomitizacije u dvije faze:
potiskivanjem CaCO3 u vapnenačkim muljevima – ranogenetska dolomitzacija ili
kasnogenetskom dolomitizacijom - iz već očvrsnutih vapnenaca.
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Slika 1. Vapnenac Slika 2. Dolomit
2.2. LAPORI I MARLITI
Lapori (Slika 3.) su miješano klastične-kemogene pelitne stijene nastale
taloženjem glinovitih čestica klastičnog porijekla i kemogeno izlučenog kalcita koji
povezuje čestice gline. Litificirani lapor nazvan lapornjak ili marlit je stijena koja po
svom sastavu odgovara laporu, ali je nakon dijagenetskih procesa na većim dubinama
došlo do transformacije tipičnih minerala gline u ilit, muskovit i klorit. Lapori se inače
koriste kao sirovina za proizvodnju cementa.
Slika 3. Lapor
2.3. BREČE, KONGLOMERATI I KALKLITITI
Breče (Slika 4.) nastaju cementacijom kršja. Sastavljene su od nesortiranih
uglatih fragmenata najčešće povezanih kvarcitnim, kalcitnim te limonitnim cementom.
Konglomerati (Slika 5.) nastaju sedimentacijom šljunka dok su sastavom i vezivom
slični brečama. Kalklititi ili vapnenački pješčenjaci prema postanku sastavljeni su od
klasta vapnenaca pješčanih dimenzija (0,063-2 mm).
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Slika 4. Breča Slika 5. Konglomerat
2.4. KARBONATI
Karbonatni su soli karbonatne ili ugljične kiseline (H2CO3). U anionu −23CO
postoji kovalentna veza, dok je između kationa i aniona ionska veza. Na mjesto kationa
mogu doći: Ca, Mg, Fe, Mn, Be, Cu, Pb i Zn. Najčešći minerali koji grade dolomite,
dolomitične vapnence i vapnence su dolomit, kalciti, magnezit i aragonit.
Dolomit je mineral izgrađen od kalcijsko-magnezijskog karbonata CaMg(CO3)2,
kristalizira u heksagonskom susatvu, izgrađuje dolomitne stijene ali može biti sastojak
drugih sedimentnih stijena. Tvori kristalaste i zrnate agregate koji mogu biti bezbojni ili
žučkasti. Otapa se u vrućoj razrijeđenoj klorovodičnoj kiselini. Relativna trvdoća
doloimta je od 3.5 – 4.0, a gustoća 2,9 g/cm3 [2].
Kalcit je vrsta minerala građenog od kalcijevog karbonata (CaCO3), kristaliziara
u heksagonskom sustavu, tvori monomineralne stijene i sedimente – dolomite,
vapnence, vapnanačke breče, travertin, sedru te je jedan od sastojaka fliša i lapora.
Kalcit je bezbojan ili bijel. Otapa se u hladnoj razrijeđenoj klorovodičnoj kiselini ( HCl
10%) , octenoj kiselini i pri tome se stvara pijena. Otapa ga karbonatna kiselina tj.
agresivne vode i tako nastaju razni krški fenomeni. Tvrdoća kalcita je 3, a gustoća 2,7
g/cm3 [3].
Magnezit (MgCO3) kristalizira u heksagonskom sustavu, čini vlasaste ili zrnaste
agregate slične porculanu. Nastaje procesom metamorfoze, odnosno metosomatozom
magnezijskih minerala – zbog djelovanja vode koja u sebi sadrži ugljični dioksid (CO2).
Tvrdoća magnezita je oko 4, a gustoća 3.0 g/cm3 [4].
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Aragonit je, uz kalcit, drugi polimorfni oblik kalcijevog karbonata (CaCO3) i
kristalizira u rompskom sustavu. Inače je bezbojan, ali mu primjese daju boju. Može
nastati evaporitno, organogeno – koralji, ljušturice puževa, skeleti algi, hidratogeno i u
kori trošenja. Tvrdoća aragonita se kreće od 3.5-4.5, a gustoća oko 3/cm3 [5].
2.5. KRŠ
Termin krš ili kras (Slika 6.) nastao je u našim prostorima i općeniti je naziv za
skup geomorfoloških, hidrogeoloških i hidroloških obilježja terena koji su izgrađeni od
pretežito karbonatnih stijena – dolomita i vapnenaca – podložnih kemijskom i
erozijskom djelovanju podzemnih i površinskih voda. Tako je bitna značajka krškog
reljefa selektivna topivost stijena tj. kalcijevog karbonata (CaCO3) u vodi [6].
Slika 6. Krš: Područje Sjevernog Velebita
Krš nastaje kao rezultat zajedničkog djelovanja kemijskih procesa - koji utječu
na topljive sedimentne stijene, klime, vegetacijskih i pedoloških značajki. Kalcijev
karbonat (CaCO3) se u dodiru s vodom (H2O) i ugljičnim dioksidom (CO2) raspada na
ione kalcija (Ca2+) i ione hidrogen karbonata ( −23HCO ). Snaga korozijskog procesa,
otapanja čvrstog vapnenca, tj. kalcijevog karbonata (CaCO3), ovisi o količini otopljenog
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
ugljičnog dioksida (CO2) u vodi, gdje kao krajnji produkt nastaje kalcijev hidrogen
karbonat. Prisutnost korozije u kršu razlog je postojanosti mnogih šupljina, odnosno
udubina i uzvisina.
Kemijska jednadžba otapanja vapnenca:
−+ +↔++ 23
2223 2HCOCaCOOHCaCO
Reakcija krškog procesa korozije vapnenca je reverzibilan proces tj. reakcija
može teći i u obratnom smjeru i to tako da se u određenim uvjetima može ponovo
izlučivati kalcijev karbonat.
Reljefne promjene karbonatnih stijenskih masa mogu biti površinske i
podzemne. U površinske krške oblike ubrajamo: škrape, ponikve, suhe doline i uvale, i
polja u kršu, dok su osnovni podzemni oblici: špilje, jame, ponori i kaverne.
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
3. GEOFIZI ČKA ISTRAŽIVANJA
Geofizička istraživanja sastavni su dio gotovo svih geotehničkih, geoloških i
mnogih drugih istraživanja, a njihova svrha je otkrivanje geološkog sastava i građe
terena za rješavanje zadanog istraživačkog zadatka. U sklopu geofizičkih istraživanja
postoji niz geofizičkih metoda za opažanje fizičkih svojstava stijena, koja su povezana s
njihovim geološkim i petrološkim svojstvima. Neke od geofizičkih metoda su:
električne, elektromagnetene, seizmičke, gravimetrijske, magnetometrijske i druge
metode. Istraživanjem se najčešće promatra površinski ˝sloj˝ litosfere i to tako da se kod
geotehničkih istraživanja zahvaćaju stijene na dubini od nekoliko metara, inženjersko
geološkim i hidrogeološkim istraživanjem ide se do stotinu metara dubine, dok se kod
istraživanja ugljikovodika dubine zahvata kreću i do nekoliko kilometara. Istraživanja
dubokih struktura litosfere i Mohorovičićevog diskontinuiteta su najdublja istraživanja i
ona sežu do nekoliko desetaka kilometara, a pri tom se koristi metoda duboke
rafrakcijske i refleksijske seizmike te magnetotelurska metoda [7].
Geofizička istraživanja sastoje se od 3 faze, a to su mjerenje, obrada podataka i
njihova interpretacija. Mjerenja su fizički, ali i financijski najzahtjevniji dio istraživanja
bilo da se provode na terenu ili pak nešto rjeđe u laboratoriju. U fazi obrade podataka
dolazi do samog sređivanja onog što smo dobili u fazi mjerenja tj. provode se razni
izračuni traženih veličina, kontrola kvalitete dobivenih rezultata, njihova pohrana i na
kraju prikaz rezultata. Danas se obrada podataka sve češće radi terenski, a ne u uredima
kako bi se što više smanjilo vrijeme izvođenja istraživanja. Iz tako prikupljenih pa
naknadno obrađenih i prikazanih podataka radi se interpretacija u kojoj se nastoji što
kvalitetnije prikazati sliku o građi podzemlja.
Ovisno o geološkom modelu podzemlja izabiremo pojedinu geofizičku metodu i
započinjemo sa geofizičkim istraživanjem. Da bi definiranje geološke građe i sastava
terena bilo pouzdanije češće se primjenjuje više metoda u jednom istraživanju.
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
3.1. GEOFIZI ČKA ISTRAŽIVANJA U KARBONATIMA
Kod istraživanja karbonatnih stijena u istraživanju pukotinskih i rasjednih zona
vrlo učinkovitim su se pokazale elektromagnetene metode, koje se također primjenjuju
u istraživanju vode na krškim terenima. Geofizička istraživanja krških terena teža su i
zahtjevnija zbog veoma složenih geoloških odnosa. Složenošću i poteškoćama u
istraživanja doprinose površinske krške pojave zaslužne za površinske nehomogenosti.
Primjerice kod svježih, kompaktnih karbonata nailazi se na vrlo velike seizmičke
brzine i otpornosti, dok se baš suprotno kod ponikva i škarpi ispunjenih zemljom
crvenicom javljaju vrlo male seizmičke brzine i otpornosti. Da bi izbjegli pojavu
šumova u geofizičkim mjerenjima kod takovih istraživanja gdje postoji različitost u
stijenskoj masi na trošnoj površini i okršenoj unutrašnjosti stijenskih masa preporučljivo
je korištenje najmanje dvije geofizičke metode istraživanje, čime će i sami rezultati biti
reprezentativni i točniji.
3.2. METODA GEORADARA
Metode istraživanja stijena radarom koriste se tek u zadnjim desetljećima i
razvijaju se u skladu s usavršavanjem radarskih metoda. Takova činjenica primjenu
radara svrštava u jednu od najmlađih metoda istraživanja. Tek nedavno dolazi do veće
primjene metode radara u građevinarstvu i to s pojavom uređaja oznake GPR (eng.
Ground Penetrating Radar), nakon čega je izdano više publikacija početno s 1982
godinom pa je potom održano više međunarodnih konferencija na temu ˝georadar˝.
Georadar ili GPR obzirom na izvor valova svrstavamo u elektromagnetene
metode, no prema načinu mjerenja i obradi podataka ova metoda vrlo je slična
seizmičkoj refleksiji. Rad georadara zasniva se na odašiljanju kratkog
elektromagnetskog pulsa raznih frekvencija u tlo. Taj puls ili val putuje kroz medij
stijene gubi dio energije a preostali dio se reflektira natrag do prijamnika, te se mjeri
vrijeme od pobude do povratka reflektiranog pulsa. Mjerenje vremena putovanja valova
i sama obrada podataka slična je kao kod seizmičke refleksije. Brzina širenja
elektromagnetskih valova cm u tlu iznosi:
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
r
m
cc
ε= ,
gdje je: c - brzina elektromagnetskih valova u vakuumu, a iznosi 30 cm/ns
εr – dielektrična permeabilnost- ovisi o vrsti materijala i korištenim
frekvencijama elektromagnetskog signala. Vrijednosti se kreću
u rasponu od 1 za zrak do 81 za vodu, te oko 5-10 za stijene.
Opremu za mjerene čine dvije antene, odašiljačka i prijamna, te instrument s
prijenosnim računalom koji prima i obrađuje podatke. Pod niskofrekvencijskim radarom
podrazumijevamo radar koji radi sa skupom antenom u rasponu od 10-500 MHz, dok
se visokofrekvencijskim radarom smatra onaj čija je antena u rasponu od 500-1000
MHz. Višom frekvencijom postiže se veća rezolucija, a nižom dobijemo dublja
istraživanja. Antene se mogu postaviti okomito na smjer ili u smjeru profiliranja.
Postoje dvije metode terenskog mjerenja georadarom kojima se određuje brzina
rasprostiranja valova kroz stijene:
I. Metoda profiliranja - odašiljač i prijamnik nalaze na istoj međusobnoj
udaljenosti, najčešće 0.30 m, i pomiču se od jedno do druge točke po profilu.
Odaslani impulsi koji u mediju doživljavaju prigušenja i refleksiju obrađuju
se u prijamniku gdje se stvara kontinuirani profil električnih karakteristika
materijala. Dobivaju se refleksi od diskontinuiteta i krajnji rezultat je slika
slična onoj kod seizmičke refleksije.
II. Metoda sondiranja – odašiljač je statičan, a prijamnik se postavlja na sve
veću udaljenost od odašiljača. Rezultat je snimak sličan terenskom snimku
seizmograma kod seizmičke refleksije, gdje postoji jedna točka paljenja i
istovremeni prijam na više geofona.
Metodom georadara postižu se najveće rezolucije u geofizičkim istraživanjima,
ali postoje ograničenja metode koja se odnose na primjenu metode u ne vodljivim ili
slabo vodljivim materijalima. Dubina prodiranja smanjena je u elektro vodljivim
materijalima glina pa se u tom slučaju voda smatra dobrim vodičem (do 40-ak m).
Tanki proslojak gline onemogućuje prodiranje u naslage koje se nalaze ispod njega.
Zbog toga se georadar najčešće koristi samo kod vrlo plitkih geofizičkih istraživanja i
primjenjuje se u građevinarstvu, geotehnici, geologiji, arheologiji i to primjerice za
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
otkrivanje pukotinskih i rasjednih zona u karbonatima u kojima je česta prisutnost vode,
za kartiranje trošne i okršene zone stijena.
3.3. SEIZMI ČKA REFRAKCIJA
Ova metoda temelji se na mjerenju vremena prvih nailazaka refraktiranih
valova - uzdužnih P (primarni ili longitudinalni) ili poprečnih S (sekundarni ili
transverzalni) valova, ovisno o načinu generiranja seizmičkog poremećaja - na geofone
i pri tome se koristimo jednostavnijim seizmografima s fiksnim pojačanjem. Zato
seizmičku refrakciju koristimo kod plićih istraživanja. Prilikom interpretacije
najosjetljiviji dio je ˝pikiranje˝ i korespondencija vremena odgovarajućim refraktorima.
Principom CAT-a (computer aided tomography) i uvažavanjem relevantnih podataka
geotehničkog profila dobivaju se korektne slike podzemlja, a samim time umanjuje se
mogućnost višesmislenosti zbog inverzije brzine po dubini.
Oprema korištena kod plitkih refrakcijskih istraživanja (Slika 7.) je relativno
jednostavna i sastoji se od geofona jednake konstrukcije, s nižom rezonantnom
frekvencijom (oko 10 Hz). Seizmograf sadrži višekanalno pojačalo, koje služi kontroli
prirasta, i galvanometre pomoći kojih se može dobiti zapis mjerenja. Moguća je i
ugradnja filtera koji odstranjuju neželjene frekvencije izvan korisnog signala. Noviji
instrumenti imaju vlastitu ili vanjsku memoriju, dok putem ekrana pratimo rezultate
snimanja. Kad se koristi slabiji izvor seizmičkih valova, primjerice čekić, signali se
mogu zbrajati. [8]
Slika 7. Terensko mjerenje brzina seizmičkih valova plitkom seizmičkom refrakcijom
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Refrakcijska mjerenja najčešće se provode kao 2D-istraživanja (Slika 8.),
što znači da se izvode duž profila. Da bi se pokrio cijeli profil duž njega uzastopno se
pomiču grupe geofona u različitim geofonskim rasporedima. Snimanje primarnih i
sekundarnih valova može se odvijati istovremeno da bi dobili podatke o stanju stijena –
njihovoj kompaktnosti, raspucalosti i šupljikavosti, tj vrijednosti elastičnih konstanti
stijena. [7]
Slika 8. 2D profil brzine kompresijskih seizmičkih valova izmjeren na RF-1, Zaton Doli
Ograničenja refrakcijske metode je porast brzine seizmičkih valova s
dubinom. Zbog toga se ne može interpretirati sloj niže brzine ispod sloja više brzine
nego je konačni rezultat prikaz na kojemu brzine seizmičkih valova rastu s dubinom.
Seizmička refrakcija se u modelu karbonatnih stijena može iskoristiti kod
kartiranja površinskog okršavanja ili kartiranja trošnih zona. Brzina širenja seizmičkih
valova je kod vapnenaca i dolomita velika i to osobito ako se nalaze ispod pokrova
stijena s manjom brzinom (Prilog 1). Ako na površini postoje klastiti, a ispod njih na
razmjerno manjim dubinama nalaze se karbonati, onda se ovom metodom mogu jako
precizno kartirati njihovi kontakti. Ova metoda se koristi kod inženjerskih istraživanja
za određivanje debljine sloja mulja ili nanosa, te razdrobljenog ili rastrešenog materijala
u pokrovu. Zbog mogućnosti veće rezolucije od električnih metoda, refrakcijom se
mogu otkriti uske pukotinske i rasjedne zone na površini [9].
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
3.4. MASW
MASW (Multi-Channel Analysis of Surface Waves) ili višekanalna analiza
površinskih valova je seizmička metoda koja omogućava određivanje brzine posmičnih
valova podpovršinskih materijala, a nastala je kao rezultat razvoja seizmičkih metoda
posljednjih desetljeća. Preuzet je pristup korišten u seizmičkoj refrakciji i refleksiji uz
korištenje 24 ili više prijamnika [10].
Seizmički valovi izazvani u beskonačnom, homogenom i izotropnom
mediju uzrokuju pojavu P i S prostornih valova. Približavanjem granici polu-
beskonačnog prostora ti valovi se transformiraju u površinske valove. Kada se za
nastanak seizmičkih valova na površini koriste vertikalni izvori, kao što su čekić ili pad
utega, nastaju površinski Rayleighevi (R) valovi koji u najviše moguće preuzimaju
seizmičku energiju izvora (R valovi: 67%, S valovi: 26% i P valovi: 7% ) [11].
Rayleighevi valovi (Slika 8.) predstavljaju složeni oblik valova koji se
sastoji od longitudinalnog i transverzalnog gibanja s međusobnim pomakom u fazi.
Materijalna čestica prelazi eliptičku putanju u kojoj je velika poluos vertikalna kada je
val blizu površine. R valove često nazivamo valjanjem tla (ground roll).
Najvažnije svojstvo Rayleighevi valova je disperzija. To znači da se valovi
niže frekvencije i veće valne duljine šire dublje u medij od valova visoke frekvencije i
manje valne duljine. Brzina širenja vala kod pojedine frekvencije naziva se fazna brzina,
a krivulja koja prikazuje faznu brzinu u ovisnosti o frekvenciji naziva se krivulja fazne
brzine ili disperzijska krivulja. Nasuprot R valova, prostorni S i P valovi nemaju
disperzno svojstvo.
Slika 8. Širenje Rayleighovog vala
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Višemodalna disperzija je pojava više faznih brzina na određenoj
frekvenciji. U ovom slučaju osnovni mod (M0) je naziv za najsporiji mod, a sljedeći
mod s većom brzinom je prvi viši mod (M1) i tako se redom nastavlja. Fazna brzina
širenja Rayleighevih valova (vr) najviše ovisi o brzini posmičnih valova (vs).
Slika 9. Disperzija površinskih valova
Izraz koji pokazuje odnos između brzine posmičnih valova (vs) i brzine
Rayleighevih valova (vr) glasi:
rS vPv ⋅=
gdje je: P - konstanta ovisna o Poisson-ovom koeficijentu (ν)
- primjer 09.1=P za 25.0=v
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
4. GEOTEHNI ČKE ZNAČAJKE STIJENSKE MASE
Uz terenske geofizičke istražne radove koji se provode na samoj lokaciji zahvata
izvode se i pokusi na uzorkovanim uzorcima. Jedan od mogućih primjera je izvođenje
pokusa sa Schmidtovim čekićem (Slika 10.). Čekić postavljamo u pravcu okomitom na
zidove stijene uz primjenu korelacijskih dijagrama (Slika 11.) odnosa kuta osi čekića i
horizontale. Površina se ispituje u vlažnom stanju i treba biti bez malih raspadnutih
čestica. Ako pri ispitivanju dolazi do pomicanja zida odskok će biti nerealno mali pa iz
toga proizlazi da je ovaj pokus nepogodan za ispitivanja u oslabljenoj stijenskoj masi.
Slika 10. Schmidtov čekić
Slika 11. Korelacijski dijagram tlačne čvrstoće prema vrijednostima odskoka
Schmidtovog čekića
10
20
30
40
50
60
70
15 20 25 30 35 40 45 50
Odskok (H)
Tlač
na č
vrst
oć
a (M
N/m
2 )
α -90°
α +90°
α 0°
α -45°
α +45°
+ α
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
20 30 40 50 60 70 80
O dsk ok Sc hmidtovog ček ića
You
ngov
mod
ul (
GP
a)
Preporuka (ISRM, 1978) je izvođenje Schmidtovog pokusa u grupama od po 10
ispitivanja po jediničnoj površini, s time da se eliminira pet najmanjih rezultata, a
računa se srednja vrijednost pet najvećih očitanja te potom očita vrijednost čvrstoće na
korelacijskom dijagramu. Srednja vrijednost odskoka Schmidtovog čekića (R) i
zapreminska težina stijene koriste se za određivanje čvrstoće zidova diskontinuiteta.
Kad dobijemo vrijednost odskoka Schmidtovog čekića, u odnosu na nju se može
izvući vrijednost Youngovog modula prema pouzdanoj O. Katzovoj korelaciji (Slika
12).
Slika 12. Korelacijski dijagram Youngovog dijagrama prema vrijednosti odskoka
Schmidtovog čekića
Mjerenjem na terenu u skladu s preporukama međunarodnog društva za
mehaniku stijena (ISMR, 1978), određuju se ulazni podaci za klasifikaciju stijesnkih
masa prema odgovarajućim dijelovima RMR i Q klasifikacije do određivanja geološkog
indeksa čvrstoće stijenske mase (GSI prema E. Hoek-u).
Vrijednost geološkog indeksa čvrstoće GSI može se dobiti pomoću programa
RockLab, tako da se odrede ulazni parametri prema Hoek-Brownovoj klasifikaciji
(Slika 13). Konačni rezultat je dobiveni dijagram nelinearnog odnosa normalnog i
posmičnog naprezanja prema Hoek-Brownovom kriteriju čvrstoće. Hoek-Brownov
kriterij sloma stijenske mase najčešće se primjenjuje upravo u mehanici stijena.
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Slika 13. Određivanje geološkog indeksa čvrstoće (GSI) programom RockLab
Nelinearni odnos prema Hoek-Brownovom kriteriju čvrstoće prikazan je na slici
14. Aproksimacijom krivulje pravcem mogu se odrediti parametri Mohr-Columbovog
kriterija čvrstoće – kohezija c i kut trenja φ. Za primjer na slici prosječni prividni kut
trenja stijenske mase iznosi φ = 32°, a prosječna prividna kohezija c = 130 kN/m2
Slika 14. Analiza čvrstoće stijenskog masiva programom RockLab
VRLODOBRI
DOBRI SLABI LOŠIVRLOLOŠI
N/D N/D
N/D N/DUSLOJENA - nepostojanje blokova zbog malih razmaka između škriljavih ravnina diskontinuiteta
STRUKTURA SMANJENJE KAKVOĆE POVRŠINE
POVRŠINSKI UVJETI
SMAN
JEN
JE V
EZAN
OST
I D
IJEL
OVA
STI
JEN
E
INTAKTNA ILI MASIVNA - primjerci čitave stijene ili masiva "in situ" s nekoliko diskontinuiteta na širem razmaku
BLOKOVITA - dobro vezana, neporemećena stijenska masa sastavljena od kubičnih blokova formiranih s tri ukrižena diskontinuiteta
VRLO BLOKOVITA - povezana, djelomično poremećena stijenska masa s višestrukim izbrušenim površinama blokova formiranih s četiri ili više sustava pukotina
BLOKOVITA DO SREDNJE POREMEĆENA - rasjedani ili raspucani skup blokova nastao presjecanjem više diskontinuiteta pod različitim kutevima, uočljivo postojanje slojeva ili škriljavosti
DEZINTEGRIRANA - loše povezana gotovo rastresita stijenska masa sastavljena od mješavine uglatih i zaobljenih blokova
GEOLOŠKI INDEKS ČVRSTOĆE GSI = 45
50
60
70
80
90
10
20
30
40
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Ulazni uvjeti za modeliranje u RockLab-u dobivaju se iz terenskih radova.
Kriterij sloma stijenske mase definiran je generaliziranim Hoek-Browno-vim kriterijem
čvrstoće:
a
cbc sm
++=
σσσσσ
'3'
3'1
(1)
gdje su: σc – jednoosna tlačna čvrstoća homogenog uzorka stijene
σ1' i σ3
' – veće i manje efektivno naprezanje
mb, a, s – iskustveni parametri stijenske mase definirani izrazima:
−−
⋅= D
GSI
ib emm 1428
100
−−
= D
GSI
es 39
100
−+= 3
20
15
6
1
2
1eea
GSI
(2)
gdje je: D – faktor poremećenosti stijenske mase
mi - parametar ovisan o vrsti stijene
GSI – geološki indeks čvrstoće
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
5. ANALIZA STABILNOSTI KOSINE
Ovaj primjer analize stabilnosti kosina navodim iz razloga da pokažem koja je
funkcija samih geofizičkih istraživanja i zašto se ubiti ona provode tj. čemu služe
njihovi rezultati [12].
Na lokaciji GP Zlatna Doli, zapadno od mjesta Slano, za potrebe uređenja platoa
međunarodnog graničnog cestovnog prijelaza provedena su terenska geofizička i
inženjerskogeološka istraživanja. Od geofizičkih istraživanja korištene su upravo gore
opisane metode: georadara, seizmičke refrakcije i višekanalne spektralne analize
površinskih valova (MASW), a istraživanja su obavljena od strane tvtke SPP d.o.o. iz
Varaždina, kako bi se dobio uvid u sastav i geotehničke značajke stijenskog masiva da
bi se moglo pristupiti numeričkoj analizi stabilnosti projektiranog zasjeka.
Interpretacija georadarskog profiliranja:
Na lokaciji istražnog prostora provedeno je profiliranje georadarom primjenom
300 MHz oklopljene antene i uređaja ZOND12e proizvođača Radar System, Inc.
Latvija. Veličina dielektrične permeabilnosti εr = 6 odabrana je prema rudistnim
vapnencima – geološkoj sredini koja prevladava na lokaciji. Dubina profiliranje je 17,0
m, jer dublje razlučivost snimke nije zadovoljavajuća. Georadarski profili snimljeni su
u dva profila dužine 90 m. Snimke profila prikazane su u Prilogu 2. Pukotinski sastavi
vidljivi su do dubine 17 m, što ujedno i odgovara maksimalnoj dubini snimaka, a
ispunjeni su fragmentiranom stijenom, djelomično glinom i milonitnim prahom.
Interpretacija seizmičke refrakcije:
Plitka seizmička refrakcija, tj. refrakcijska tomografija provedena je s P
valovima. Seizmički dispozitiv se sastojao od 24 vertikalnih geofona frekvencije 4.5 Hz
za snimanje P valova i isto toliko horizontalnih geofona frekvencije 10 Hz za snimanje
S valova. Geofonski razmak iznosio je 3 m. Podaci mjerenja interpretirani su WET
metodom iz paketa Rayfract 2.63 (Intelligent Resources Inc.). Rezultat tomografske
interpretacije seizmičkog profila RF-1, Zaton Doli prikazan je slikom 8.
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Interpretacija višekanalne analize površinski valova (MASW):
Za procjenu dinamičkih svojstava tla (vs, vs,30) korištena je MASW metoda.
MASW dispozitiv sastojao se od 24 vertikalnih geofona frekvencije 4.5 Hz, postavljena
na međusobnom razmaku od 3 m (dispozitiv se istovjetan dispozitivu za snimanje plitke
seizmičke refrakcije). Pri interpretaciji MASW mjerenja korišten je osnovni mod.
Interpretacija mjerne krivulje disperzije na lokaciji dispozitiva MASW – 1, Zaton
Doli, provedena je pomoću računalne aplikacije SurfSEIS 3.0.6.4., Kansas Geological
Survey 1998-2010. Slikom 15 je prikazan rezultat interpretacije MASW-1, tj. prikazana
je brzina posmičnih valova vs po dubini stijenskog masiva.
Slika 15. Profil brzine posmičnih seizmičkih valova po dubini izmjeren na MASW-1
Iz interpretacije rezultata snimanja MASW-1 na slici 15, vidi se da je brzina
posmičnih valova vs u površinskom djelu do dubine 6.0 m promjenjiva, a duž 2D
MASW dispozitiva varira od vs = 500 – 900 m/s. S dubinom iznos posmičnih brzina
raste, tako da dublje od 6.0 m posmične brzine prelaze vs > 1000 m/s, čime stijenu
klasificiramo u IV. Kategoriju. Dublje od 15.0 m brzina posmičnih valova je i dalje u
porastu što pokazuje na kompaktnu stijenu u podlozi. Klasifikacija stijene prema
izmjerenim brzinama posmičnih valova provedene je prema Klasifikaciji karbonatnih
stijena, Novosel i dr.
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Terensko ispitivanje jedonaksijalne čvrstoće dalo je sljedeće rezultate:
Tablica 1.Odskok Schmidtovog čekića na uzorcima za lokaciju i pripadne tlačne čvrstoće
Uzorak broj
Lokacija Otklon čekića
[°]
Izmjerene vrijednosti odskoka [H]
Srednja vrijednost odskoka
[Hsr]
Tlačna čvrstoća [MN/m2]
Youngov modul [GPa]
1 izdanak stijene
-0
39.9 48.5 11,0
2 izdanak stijene
-0
42.3 52.6 12.0
3 izdanak stijene
-0
36.8 43.2 9.0
4 izdanak stijene
-90
42.1 57.7 12.0
5 izdanak stijene
-0
36.1 42.16 9.0
Mjerenjem na terenu u skladu s preporukama međunarodnog društva za
mehaniku stijena (ISMR, 1978), određeni su ulazni podaci za klasifikaciju stijenskih
masa prema odgovarajućim dijelovima RMR i Q klasifikacije do razine određivanja
geološkog indeksa čvrstoće stijenske mase (GSI prema E. Hoek-u).
Slikom 13. prikazana je korelacija između Youngovog modula i odskoka
Schmidtovog čekića. Za vrijednost prosječnog odskoka 39 iz slike 13. usvojena je
vrijednost za Youngov modul E = 10000 MN/m2, dok se za modul deformacije
stijenskog masiva usvaja vrijednost Em = 400 MN/m2.
Korištenjem programa RockLab dobivena je vrijednost za geološki indeks
čvrstoće GSI = 40 za vapnenačku stijenu IV. kategorije, slika 14. Programom RockLab
također su određeni ulazni parametri prema Hoek-Brownovoj klasifikaciji na osnovu
kojih je dobiven dijagram nelinearnog odnosa normalnog i posmičnog naprezanja
prema Hoek-Brownovom kriteriju čvrstoće. Hoek-Brownov kriterij sloma stijenske
mase najčešće se često koristi u mehanici stijena.
Na slici 14. je prikaz nelinearnog odnosa prema Hoek-Brownovom kriteriju
čvrstoće. Aproksimacijom krivulje pravcem (iz teorije najmanjih kvadrata) mogu se
odrediti parametri Mohr-Coulombovog kriterija čvrstoće (kohezija c i kut trenja φ).
38 42 39 38 36
30 44 40 44 48
50 48 39 39 47
44 40 36 42 38
36 36 34 38 37
38 37 36 38 38
40 36 42 44 48
48 46 40 36 41
42 38 0.4 41 41
36 35 38 50 40
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Prema dobivenim rezultatima, prosječni prividni kut trenja stijenske mase iznosi φ =
32°, a prosječna prividna kohezija c = 130 kN/m2.
Usvojene su vrijednosti parametra stijene IV. kategorije:
- σσσσc = 42,0 MN/m2 (sklerometar, Schmidt-ov čekić)
- mi = 10
- GSI = 40
- D = 1,0
- Ei = 10 GPa
Uvrštenjem preuzetih parametara u jednadžbe (2) dobiju se vrijednosti
iskustvenih parametra za vrstu stijene na istražnoj lokaciji.
- mb = 0,138
- s = 0,000045
- a = 0,511
Na temelju interpretacije MASW seizmičkog profila odnosno dobivenih
vrijednosti inženjerskogeološkog snimanja izvedena je kategorizacija karbonatnih
stijena (Novosel i dr., 1980.) po dubini. Prema dobivenim rezultatima vidljivo je kako je
na lokaciji utvrđena IV. kategorija karbonatne stijene. (Prilog 6).
Polaganjem pravca teorijom najmanjeg kvadrata na dobivenu krivulju Hoek-
Brownovog nelinearnog odnosa normalnog i posmičnog naprezanja dobivene su Mohr-
Coulombove veličine – slika 7, odnosno Prilog 7.
- γγγγ = 26,0 kN/m3 = obujamska težina,
- c = 130 kN/m2 = kohezija,
- φ = 32° = kut unutrašnjeg trenja
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Projektne vrijednosti maksimalnog potresa (Eurocode - 8):
Utjecaj svojstava temeljnog tla na seizmička djelovanja generalno se uzima u
obzir svrstavajući tlo u pet razreda A, B, C, D i E, a koji se razlikuju prema
karakterističnim stratigrafskim profilima i parametrima prikazanim u tablici 2.
Sukladno rezultatu MASW snimanja, odnosno izmjerenih brzina sekundarnih
valova Vs na prostoru GP Zaton Doli, određen je parametar Vs,30, definiran kao:
∑=
=
Ni i
is
V
hV
,1
30,
30
gdje hi i V i predstavljaju debljinu i brzinu posmičnih valova i-tog sloja od ukupnog
broja N definiranih litoloških slojeva do dubine 30 m. Brzina posmičnih valova uzima
se mjerena pri malim deformacijama.
Iz mjerenih vrijednosti na terenu, te upotrebom izraza za Vs,30, određeno je da
tlo na lokaciji graničnog prijelaza odgovara "A" kategoriji tla prema seizmi čnosti,
Vs,30 > 800 (m/s).
Tablica 2. Kategorizacija tla prema seizmičnosti (Eurocode 8, HRN EN 1998-1:2008 en)
Kat. tla
Opis profila tla Parametri
Vs,30
(m/s)
NSPT (udaraca/30 cm)
cu
(kPa)
A Stijena ili njoj sli čne geološke
formacije, uklju čujući najviše 5 m slabijeg materijala na površini
>800 - -
B
Slojevi vrlo zbijenog pijeska, šljunka ili vrlo čvrste gline, debljine najmanje
nekoliko desetina metara, karakterizirani stupnjevitim povećanjem mehaničkih
svojstava sa dubinom
360 - 800 >50 >250
C
Slojevi zbijenog ili srednje zbijenog pijeska, šljunka ili čvrste gline, debljine
od nekoliko desetina do više stotina metara
180 - 360 15 – 50 70 - 250
D
Rastresiti do srednje zbijeni nevezani sedimenti (sa ili bez mekanih kohezivnih
slojeva) ili predominantno mekano do čvrsto kohezivno tlo
<180 <15 <70
E
Tlo se na površini sastoji od aluvijalnih nanosa sa vrijednosti vs,30 prema tipu C ili
D i debljinom između 5 i 20 m, ispod kojeg je krući materijal sa vs,30>800 m/s
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Prema seizmološkoj karti Republike Hrvatske s povratnim razdobljem od 500
godina metodom Medvedeva, na lokaciji zahvata može se očekivati potres od 8° prema
MCS skali (HRN EN 1998-2, NAD, tablica NAD.1).
Osmom stupnju (8°) prema MCS skali odgovara ubrzanje tla od ag = 0,2 g, tablica 3.
Tablica 3. Proračunsko ubrzanje tla.
PODRUČJE INTENZITETA POTRESA U STUPNJEVIMA LJESTVICE MKS-64
PRORAČUNSKO UBRZANJE TLA
ag
6 0,05g
7 0,1g
8 0,2g
9 0,3g
10 Posebna istraživanja
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Nakon što su prikupljeni svi ovi podaci moglo se krenuti na proračun
stabilnosti kosina:
Analiza stabilnosti kosine rađena je prema metodi "Bishop" baziranoj na analizi
momenta ravnoteže potencijalno nestabilnog segmenta tla kojemu se kao ploha klizanja
pretpostavlja ravninska ili cilindrična površina. Proračun se svodi na određivanje
faktora sigurnosti protiv klizanja (Fs) koji je definiran kao odnos momenta otpora
klizanja (Mo) i momenta aktivnih sila (Ma) oko potencijalnog polja rotacije promatranog
kliznog tijela. Faktor sigurnosti računa se prema slijedećem izrazu.
∑
∑
⋅+⋅+
⋅⋅−++⋅=
n
sn
S
HR
rWW
mtgubWWbc
Fα
ϕα
sin)(
1))((
21
21
gdje su:
n - broj lamela u proračunu
b - širina pojedine lamele
c' - efektivna kohezija materijala ϕ - efektivni kut trenja materijala W1,W2 - težinske sile lamela
us - porni tlak
mα = sF
αsinα'tgαcos ⋅⋅
HR
r ⋅ - utjecaj horizontalne sile (H)
Jednadžba za faktor sigurnosti Fs je implicitna, budući da se nepoznanica nalazi
s obje strane znaka jednakosti, pa se rješava iterativnom metodom. Analiza stabilnosti
se zasniva na pretpostavci da se radi o ravninskom problemu pa se zanemaruje utjecaj
promjene geometrije i značajki materijala u smjeru okomitom na promatranu ravninu.
Odnos normalnog napona i posmične čvrstoće na plohi sloma definiran je Hoek-Brown-
ovim kriterijem sloma ili Mohr-Coulombovim zakonom. Posmični lom materijala
odvija se po plohi sloma.
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Kod proračuna faktor sigurnosti analizira se velik broj potencijalnih kliznih
ploha, u proračunu grafički se prikazuje samo analiza za najkritičniju kliznu plohu,
odnosno zelenom i žutom bojom prikazane su plohe za koje je faktor sigurnosti blizak
plohi sa minimalnim faktorom sigurnosti kako bi se ilustrirao trend pomicanja kliznih
ploha. Proračun stabilnosti po Bishopu rađen je računalnim programom Rocscience Inc,
SLIDE 5.0. Analiza stabilnosti kosine provedena je na karakterističnom profilu
0+140,00 izrađenim od tvrtke "IPZ NISKOGRADNJA" d.o.o., Zagreb.
5.1.PRORAČUN STABILNOSTI KOSINE PREMA BISHOP-u
Slika 16. Profil stijenskog zasjeka 0+140,00 korišten u proračunu stabilnosti tla na klizanje.
Slika 17. Rezultat analize stabilnosti kosine u profilu 0+140,00, za ravni lom.
0+140,00
ZGRADA
os c
este
- s
jeve
r
os
cest
e -
jug
0+140,00GP ZATON DOLI
100,0
95,0
90,0
85,0
0,0 5,0 10,0 15,0
M 1:100
105,0
110,0
M 1
: 10
0115,0
80,0
75,0
1.6751.6751.6751.675
Material: karbonat IV i V kat.Strength Type: Generalised Hoek-BrownUnit Weight: 26 kN/m3Unconfined Compressive Strength (intact): 42000 kPamb: 0.137638s: 4.53999e-005a: 0.51136864
72
80
88
96
104
112
120
1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105
3 : 1
3 : 1
3 : 1
3 : 1
10.000
10.000
10.000
4.858
5.001
5.001
4.761
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Slika 18. Rezultat analize stabilnosti kosine u profilu 0+140,00, za kružnu kliznu plohu.
Prema seizmološkoj karti Republike Hrvatske s povratnim razdobljem od 500
godina metodom Medvedeva, na lokaciji zahvata može se očekivati potres od 8° prema
MCS skali (HRN EN 1998-2, NAD, tablica NAD.1).
Osmom stupnju (8°) prema MCS skali odgovara ubrzanje tla od ag = 0,2 g. Na
slici 7 prikazan je faktor sigurnosti izvedenog stijenskog pokosa opterećenog ubrzanjem
tla u horizontalnom smjeru.
Slika 19. Profil stijenskog zasjeka 0+140,00, seizmički opterećen horizontalnim
ubrzanjem tla 0,2g.
1.6641.6641.6641.6641.6641.664
63
70
77
84
91
98
105
112
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105
Material: karbonat IV i V kat.Strength Type: Generalised Hoek-BrownUnit Weight: 26 kN/m3Unconfined Compressive Strength (intact): 42000 kPamb: 0.137638s: 4.53999e-005a: 0.511368
1.2581.2581.2581.2581.2581.258
63
70
77
84
91
98
105
112
1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105
Material: karbonat IV i V kat.Strength Type: Generalised Hoek-BrownUnit Weight: 26 kN/m3Unconfined Compressive Strength (intact): 42000 kPamb: 0.137638s: 4.53999e-005a: 0.511368
0.2
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Slika 20. Rezultat analize stabilnosti kosine u profilu 0+140,00, OPCIJA 2.
Slika 21. Profil stijenskog zasjeka 0+140,00, OPCIJA 2 ZASJEKA, seizmički
opterećen horizontalnim ubrzanjem tla 0,2 g.
1.4851.4851.4851.4851.4851.485
61
68
75
82
89
96
103
110
117
1 7.5 14 20.5 27 33.5 40 46.5 53 59.5 66 72.5 79 85.5 92 98.5 105
Material: karbonat IV i V kat.Strength Type: Generalised Hoek-BrownUnit Weight: 26 kN/m3Unconfined Compressive Strength (intact): 42000 kPamb: 0.137638s: 4.53999e-005a: 0.511368
3 : 1
4 : 1
5 : 1
1 : 1
10.000
10.000
6.800
5.793
1.1291.1291.1291.129
65
71.5
78
84.5
91
97.5
104
110.5
117
1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99
Material: karbonat IV i V kat.Strength Type: Generalised Hoek-BrownUnit Weight: 26 kN/m3Unconfined Compressive Strength (intact): 42000 kPamb: 0.137638s: 4.53999e-005a: 0.511368
3 : 1
4 : 1
5 : 1
1 : 1
10.000
10.000
6.800
5.793
0.2
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Tablica 4. Prikaz rezultata analize globalne stabilnosti
ANALIZA GLOBALNE STABILNOSTI
PROFIL
0+140,00
faktor sigurnosti Fs - ravni lom
faktor sigurnosti Fs – kružna klizna
ploha
faktor sigurnosti Fs – za seizmičko
opterećenje
P - projektni zasjek
(Varijanta 1) 1,67 1,66 1,25
P2 – opcija 2 zasjeka
(Varijanta 2)
1,48 1,12
Slika 22. Rezultat analize lokalne stabilnosti kosine u profilu 0+140,00, za ravni lom.
Tablica 5. Prikaz rezultata analize lokalne stabilnosti
ANALIZA LOKANE STABILNOSTI
PROFIL
0+140,00
faktor sigurnosti Fs - ravni lom
faktor sigurnosti Fs – kružna klizna
ploha
faktor sigurnosti Fs – za seizmičko
opterećenje
P - projektni zasjek >2,00 1,98 1,59
2.2692.2692.2692.269
Material: karbonat IV i V kat.Strength Type: Generalised Hoek-BrownUnit Weight: 26 kN/m3Unconfined Compressive Strength (intact): 42000 kPamb: 0.137638s: 4.53999e-005a: 0.511368
61
68
75
82
89
96
103
110
117
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102
3 : 1
3 : 1
3 : 1
3 : 1
10.000
10.000
10.000
4.858
5.001
5.001
4.761
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
Analiza stabilnosti provedena je za dvije varijante formiranja završnog lica stijenskoh zasjeka (Tablica 4.):
Varijanta 1: - preuzeto projektirano stanje zasjeka sa dvije berme širine 5,0 m, te
nagibom pokosa 3:1 i visinom etaže 10 m.
Varijanta 2: - princip postupnog smanjenja nagiba viših etaža, počevši od platoa s
nagibom 5:1, sljedećeg višeg s nagibom 4:1, dalje 3:1 i završnim uređenjem pokosa 1:1,
te primjenom berme širine 3,0 m.
Provedene analize dokazuju da za odabrane minimalne parametre ostvarene
geofizičkim i inženjerskogeološkim snimanjem na lokaciji obuhvata izgradnje GP Zaton
Doli, zadovoljava varijanta 1, odnosno da će za projektiranu geometriju zasjeka biti
ostvarena tražena trajna stabilnost, odnosno izračunati faktor sigurnosti Fs > 1,5. Ovaj
kriterij predstavlja trajno stabilno stanje, odnosno zadovoljava uvjet kosina koje imaju
duži vijek trajanja, završne kosine (Pravilnik o tehničkim normativima za površinsku
eksploataciju ležišta mineralnih sirovina)
Uočljivo je bitno smanjenje faktora sigurnosti kod Varijante 2. Osim nižeg
faktora sigurnosti, nepovoljno je strmo lice zasjeka u podini s nagibom 5:1 što je blisko
prirodnom kutu pada slojeva utvrđenog na dijelu stijenske mase, te se to smatra
nepovoljnom položajem. Širina berme od 3,0 m također predstavlja ograničenja u
manipulaciji strojeva.
Na istražnom prostoru očekivani potres za promatrani povratni period od 500
godina iznosi 8° po MCS skali, što odgovara horizontalnom ubrzanju čestica a = 0,2 g, a
faktor sigurnosti za seizmički opterećenu kosinu FS = 1,25 (Varijanta 1, projektirano
stanje).
Broj analiziranih profila zadovoljava uvjet kontrole stabilnosti u profilu za svaku
promjenu strukture materijala, odnosno na lokaciji nema utvrđene morfološke disperzije
materijala. Izvedena kosina zadovoljava globalnu i lokalnu stabilnost.
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
6. ZAKLJU ČAK
Kod geofizičkih ispitivanja opisane su dvije seizmičke metode, plitka seizmička
refrakcija (RF) i višekanalna analiza površinskih valova (MASW). Tim metodama
dobiva se uvid u P i S brzine seizmičkih valova. Analizom površinskih valova (MASW)
određuju se slojevi tla i dubina njihova zalijeganja, a te rezultate moguće je dobiti zbog
lake detekcije površinskih Rayleighevih valova, koji prenose najveći dio energije izvora
(oko 70%) i generiraju na isti način kao i P valovi. Rezultat interpretacije mjerenja
Rayleighovih valova je brzina širenja posmičnih valova (vs), koja je vrlo važna u
geotehnici i seizmologiji. MASW je ujedno i puno brža i jednostavnija metoda kod koje
zbog višekanalnog pristupa nije potrebno mijenjati raspored prijamnika (geofona) na
terenu uslijed novog snimanja.
Osim seizmičkih metoda za utvrđivanje kvalitete stijenskog masiva opisana je i
metoda georadara. Pomoću georadarskog snimanja dobiva se uvid u pukotinski sustav u
dubinu.
Da bi geofizičke interpretacije bile što točnije preporuča se korištenje barem
dvije metode, kako bi se usporedbom rezultata dobio što točnija i preciznija geološka
slika stanja terena. Svaki rezultat geofizičkih istraživanja zbog napredovanja i
usavršavanja tehnologije moguće je pohraniti u digitalnom obliku i kao takav može se
koristit kao vodilja u budućim istraživanjima za dobivanje još točnijih rezultata i slika
terena. Postojanjem prethodnih rezultata ispitivanja znatno se smanjuje rizik budućih
istraživanja. Geofizički rezultati također mogu poslužiti za određivanje lokacija
istražnih bušotina, dok rezultatima bušenja možemo ustvrditi točnost geofizičkih
mjerenja.
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
LITERATURA:
[1] Tišljar, J. (2001): Sedimentologija karbonata i evaporita, Institut za geološka
istraživanja, Zagreb
[2] Wikipedija, Dolomit, 14.6.2011. http://hr.wikipedia.org/wiki/Dolomit
[3] Wikipedija, Kalcit, 14.6.2011. http://hr.wikipedia.org/wiki/Kalcit
[4] Kapelj, S. (2008), Skripta iz Geologije: Magnezit, Sveučilište u Zagrebu,
Geotehnički fakultet, Varaždin
[5] Wikipedija, Aragonit, 14.6.2011. http://hr.wikipedia.org/wiki/Aragonit
[6] fwd grupa (2008): Underground Istria, 15.6.2011.
http://www.underground-istria.org/
[7] Šumanovac, F. (2007): Geofizička istraživanja podzemnih voda, Sveučilište u
Zagrebu, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Zagreb
[8] Jelić, K. (2005): Skripta - Geofizika, Geotehnički fakultet, Varaždin
[9] Skupina autora (1979): Tehnička enciklopedija, 6. svezak: Geofizika, Zagreb
[10] Multichannel Analysis of Surface Waves(MASW), 17.6.2011.
http://www.masw.com/index.html
[11] Jeđud, B. (2010.): Diplomski rad – Višekanalna analiza površinskih valova
(MASW),Sveučilište u Zagrebu, Geotehnički fakultet, Varaždin
[12] SPP d.o.o (2010): Geotehnički elaborat o provedenim istraživanjima i snimanjima
stijenskog masiva na prostoru međunarodnog cestovnog graničnog prijelaza Zaton
Doli, Varaždin
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
GRAFIČKI PRILOZI
Prilog 1. Prosječne brzine P i S valova i gustoće nekih geomedija
VRSTA GEOMEDIJA VP
[m/s]
vs
[m/s]
GUSTOĆA
[Mg/m3]
Zrak 330 - -
Čista voda 1450-1510 - 1.00
Riječna i jezerska voda 1430-1680 - -
Morska voda 1460-1530 - -
Površinski materijal 300-600 - -
Granit 4000-6100 2150-3350 2.67
Gabro 6550 3450 2.98
Bazalt 5600 3050 3.00
Dijabaz 5500-7000 3000-4500 3.00
Pješčenjak 1800-4000 915-3000 2.45
Šejl 2500-4250 1000-3000 2.60
Vapnenac 2000-6100 1800-3800 2.65
Glina 1100-2500 580 1.40
Pijesak, šljunak 300-800 100-500 1.70
Pijeska, šljunak(mokri) 1500-2700 900-1600 1.93
Lapori 1800-3900 1050-2300 2.35
Prilog 2. Georadarski profili
Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Petra Kereži
SAŽETAK
Ime i prezime autora: Petra Kereži
Naslov rada: Geofizička istraživanja u karbonatnim stijenama
Geofizička istraživanja nam omogućuju procjenu statičkih i dinamičkih
svojstava stijene, te određivanje njezinog profila po dubini. One nam pružaju alternativu
za skupa bušenja i in-situ istraživanja koja i duže traju.
Geofizička istraživanja karbonatnih stijena zahtjevna su zbog raznih poteškoća
koje se mogu javiti u raznolikoj i nepravilnoj građi vapnenaca i dolomita. Zbog
zahtjevnosti istraživanja preporuča se primjena barem dvije metode, te pomno
odabiranje mjernih točaka i profila na terenu kako bi dobiveni rezultati bili
reprezentativni. Metodom georadara određuje se brzina rasprostiranja valova kroz
stijene, a samo ispitivanje može se provesti na dva načina: profiliranjem i sondiranjem.
Refrakcijskom seizmikom, mjerenjem vremena nailaska S valova, može se odrediti
krutost tj. nosivost terena. S valove nije lako generirati, a osim utjecaja okoline javljaju
se i smetnje pa je otežano i određivanje vremena prvih nailaska širenja posmičnih
valova (vs). Ti problemi rješavaju se primjenom nove metode višekanalne analize
površinskih valova (MASW). Ovom metodom mjerimo posmične module (G) profila tla
po dubini kod vrlo malih deformacija. Temelji na svojstvu disperzije površinskih
Rayleighevih valova: pri čemu se valovi niže frekvencije, a veće valne duljine, šire
dublje u medij od valova visoke frekvencije, tj. manje valne duljine. Inverzijom
disprezijske krivulje dobije se prikaz brzine posmičnih valova po dubini (Vs).
U Republici Hrvatskoj izvedeno je malo istraživanja metodama MASW. Zato se
otvaraju velike mogućnosti istraživanje i primjena metoda površinskih valova. Iako se
radi o još novoj metodi ona omogućuje brzo, jednostavno i jeftino profiliranje slojeva
tla i određivanje dubine stijena te mjerenje njihovih statičkih i dinamičkih svojstava.