Primární a sekundární 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! 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 !!)

K0 výrazně klesá σz K0>1 σx= σy 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) Primární stav napjatosti je mimo jiné potřebný pro stanovení zatížení některých moderních typů ostění (např. u „prstencové metody“) K0 výrazně klesá σz K0>1 σx= σy Úboční tunel = uvolnění vodorovného napětí do údolního svahu

metodou (odlehčení štolou) 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