Primární a sekundární napjatost

Napjatost v okolí tunelového výrubu Primární napjatost = původní napjatost v horninovém masívu dosud neporušeném výrubem. Primární napjatost se též nazývá geostatickou (nepřesně) Sekundární napjatost: vylomením otvoru v masívu dochází k porušení původního rovnovážného stavu a k přeskupení primární napjatosti na sekundární

Primární napjatost gravitační (vyvolána objemovou tíhou hornin) tektonická : - recentní (vyvolaná horotvornými silami masivu) - reziduální (vyvolaná objemovou tíhou hornin nadloží, bylo v geologické minulosti sneseno denudací či bobtnáním hornin)

Gravitační primární napjatost Napětí svislé v hloubce h Napětí vodorovné v hloubce h Pro vrstevnaté prostředí

Vliv Ko 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 !!)

Kritická hloubka hornina se v určité hloubce hk pod povrchem , vlivem tlaků od vlastní tíhy nadloží,dostává do stavu „skryté plasticity“. Tlak v klidu přitom dosahuje hodnot tlaku hydrostatického. Hloubka ,ve které dojde ke skryté plasticitě se označuje jako kritická hloubka hk. V oblasti Ostravsko –Karvinského revíru se kritické hloubky hk pohybují v rozmezí 600 – 1000 m.

Napětí od nehomogenit a anizotropií v masívu Přitížení a odlehčení způsobená lidskou činností (např. poddolování) Reziduální, tektonická a bobtnací (smršťovací) napětí můžeme obvykle pouze odhadovat podle geologické stavby resp. podle projevů při stavbě či průzkumu

Sekundární napjatost Vylomením výrubu (vznikem otvoru) v horninovém masívu dochází k porušení původního rovnovážného stavu napjatosti (primárního), který se změní na napjatost sekundární. Původní pole napětí se nemůže vytratit, pouze se transformuje (= přemístí se vně vylomeného profilu – „obteče“ výrub)

Hornina v okolí výrubu má v důsledku přemístění napěťového pole z otvoru zvýšené napětí a vytváří nestabilní zónu, která má tendenci se sesouvat do výrubu => vyvíjí tlak na ostění. Nepostavíme-li ostění, rozvolněná hornina výrub zavalí a bude se do masívu rozvolňovat tak dlouho, dokud se nevytvoří nový rovnovážný stav- 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 roznášejí zvýšená napětí způsobená odstraněním horniny z prostoru výrubu; hornina se zde tak stává nosnou

Měření primární napjatosti a) Mechanické metody - sleduje se vzájemné přemisťování bodů (svírání vrtů a rýh) - sledují se probíhající změny uvnitř horninového masivu (pokusné vrty, odlehčovací štoly) b) Geofyzikální metody - měření rychlosti šíření vln přímo prostředím či odrazem c) Metody výpočtu napjatosti - zpětné vyvození napětí pro potlačení probíhající deformace (kompenzační metoda)

Měření pomocí tlakové podušky

Sekundární napjatost Napětí v okolí kruhového nevystrojeného výrubu Řešení při jednosměrném zatížení

stanoví se z rovnice kompatibility vyjádřené v polárních souřadnicích a z Kirschova řešení Airyho funkce ve tvaru

Vyjádřením složek napětí a derivováním dostaneme vztahy pro hodnoty napětí Obdobně lze stanovit napětí v okolí výrubu s jednosměrným primárním napětím ve směru osy x.

Řešení při plastickém přetváření hornin Sekundární napjatost Řešení při plastickém přetváření hornin

Podle velikostí působícího napětí a dosažení jednotlivých mezí pevnosti horniny rozeznáváme tři typy deformace horniny kolem výrubu První napětí v hornině 1menší než její dlouhodobá pevnost  Druhý napětí na lící výrubu větší než dlouhodobá pevnost, ale menší než okamžitá pevnost horniny <1<0 Třetí typický vznikem zóny okamžitého porušení 1>0

Řešení dle Kastnera Pokles stropu Posuny boků