Μελέτη της επίδρασης του εφελκυστικού ρήγματος στην ευστάθεια πρανών
Date Issued
2015
Author(s)
Advisor
Abstract
Η αστάθεια πρανών αποτελεί ένα σημαντικό κίνδυνο για τις ανθρώπινες δραστηριότητες και
συχνά συνοδεύεται με την καταστροφή περιουσιών, τραυματισμούς και απώλειες
ανθρώπινων ζωών. Η ανάγκη εκτίμησης λοιπόν της ευστάθειας τους έχει οδηγήσει στην
ανάπτυξη μεθόδων ανάλυσης, αναφερόμενων είτε σε δύο είτε σε τρεις διαστάσεις. Τα πρανή
δείχνουν σημάδια παραμόρφωσης πριν να συμβεί ολική αστοχία και μια τέτοια εκδήλωση
είναι η εμφάνιση ρηγμάτων κατά μήκος της κορυφής του πρανούς. Αποτελούν συχνά την
πρώτη ένδειξη ότι το πρανές μπορεί να είναι ασταθές και η παρουσία ή η απουσία τους
εκλαμβάνεται συχνά σαν ένας δείκτης ευστάθειας του πρανούς. Δεδομένου ότι η διατμητική
αντοχή κατά μήκος του ρήγματος είναι μηδενική, η ενσωμάτωση του ρήγματος στην
ανάλυση δίνει συχνά χαμηλότερο συντελεστή ασφαλείας έναντι αστοχίας σε σχέση με αυτόν
που προκύπτει αν δεν ληφθεί υπόψη η παρουσία του ρήγματος.
Η ύπαρξη τέτοιων ρηγμάτων φανερώνει ότι σε μία συγκεκριμένη περιοχή του πρανούς, η
εφελκυστική τάση που ασκείται ξεπερνά την εφελκυστική τάση που το έδαφος μπορεί να
αντέξει. Τα εφελκυστικά ρήγματα επηρεάζουν την ευστάθεια πρανών με διάφορους τρόπους.
Πιο συγκεκριμένα, η ύπαρξη εφελκυστικού ρήγματος σε ένα πρανές σημαίνει αυτομάτως και
μικρότερο μήκος επιφάνειας αστοχίας δηλαδή μείωση της ικανότητας αντίστασης του
πρανούς σε αστοχία. Επιπροσθέτως, η πίεση του νερού που δρα στο πρόσωπο του
εφελκυστικού ρήγματος συνιστά μία επιπλέον δύναμη η οποία βοηθά στην πραγματοποίηση
της αστοχίας, και τέλος, το νερό που βρίσκεται στο εφελκυστικό ρήγμα τείνει να μαλακώνει
το έδαφος, υποβαθμίζοντας έτσι τις μηχανικές του αντοχές.
Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή πραγματεύεται την επίδραση του εφελκυστικού ρήγματος
στην ευστάθεια πρανών στις δύο καθώς και στις τρεις διαστάσεις. Η ανάλυση που
παρουσιάζεται βασίζεται στη λύση κλειστού τύπου ανάλυσης ευστάθειας πρανών που
παρουσιάστηκε από τους Pantelidis και Griffiths (2013a&b) και πραγματοποιήθηκε σε
συνεργασία με τον Δρ. Λύσανδρο Παντελίδη και τον Δρ. Ηλία Γραβάνη. Είναι μάλιστα η
πρώτη απόπειρα διερεύνησης της επίδρασης του εφελκυστικού ρήγματος στην ευστάθεια
πρανών στις τρείς διαστάσεις, καθώς επίσης και η πρώτη που θα προσπαθήσει να κάνει μια
άμεση σύγκριση της επίδρασης του εφελκυστικού ρήγματος μεταξύ δύο και τριών
διαστάσεων. Η μοντελοποίηση του προβλήματος έγινε με τη βοήθεια του λογισμικού
Wolfram Mathematica και μελετήθηκαν όλοι οι πιθανοί μηχανισμοί αστοχίας που
συναντώνται σε ομοιογενή πρανή. Η επιφάνεια ολίσθησης στο πρόβλημα των δύο
διαστάσεων θεωρήθηκε κυκλική, ενώ στις τρείς διαστάσεις θεωρήθηκε ως τμήμα
σφαιροειδούς και η επιφάνεια του εφελκυστικού ρήγματος ως τμήμα καμπυλωτής επιφάνειας
κυλίνδρου. Στα εξαγόμενα αποτελέσματα περιλαμβάνονται μεταξύ άλλων, διαγράμματα
ευστάθειας για τον υπολογισμό του αριθμού ευστάθειας NF.
συχνά συνοδεύεται με την καταστροφή περιουσιών, τραυματισμούς και απώλειες
ανθρώπινων ζωών. Η ανάγκη εκτίμησης λοιπόν της ευστάθειας τους έχει οδηγήσει στην
ανάπτυξη μεθόδων ανάλυσης, αναφερόμενων είτε σε δύο είτε σε τρεις διαστάσεις. Τα πρανή
δείχνουν σημάδια παραμόρφωσης πριν να συμβεί ολική αστοχία και μια τέτοια εκδήλωση
είναι η εμφάνιση ρηγμάτων κατά μήκος της κορυφής του πρανούς. Αποτελούν συχνά την
πρώτη ένδειξη ότι το πρανές μπορεί να είναι ασταθές και η παρουσία ή η απουσία τους
εκλαμβάνεται συχνά σαν ένας δείκτης ευστάθειας του πρανούς. Δεδομένου ότι η διατμητική
αντοχή κατά μήκος του ρήγματος είναι μηδενική, η ενσωμάτωση του ρήγματος στην
ανάλυση δίνει συχνά χαμηλότερο συντελεστή ασφαλείας έναντι αστοχίας σε σχέση με αυτόν
που προκύπτει αν δεν ληφθεί υπόψη η παρουσία του ρήγματος.
Η ύπαρξη τέτοιων ρηγμάτων φανερώνει ότι σε μία συγκεκριμένη περιοχή του πρανούς, η
εφελκυστική τάση που ασκείται ξεπερνά την εφελκυστική τάση που το έδαφος μπορεί να
αντέξει. Τα εφελκυστικά ρήγματα επηρεάζουν την ευστάθεια πρανών με διάφορους τρόπους.
Πιο συγκεκριμένα, η ύπαρξη εφελκυστικού ρήγματος σε ένα πρανές σημαίνει αυτομάτως και
μικρότερο μήκος επιφάνειας αστοχίας δηλαδή μείωση της ικανότητας αντίστασης του
πρανούς σε αστοχία. Επιπροσθέτως, η πίεση του νερού που δρα στο πρόσωπο του
εφελκυστικού ρήγματος συνιστά μία επιπλέον δύναμη η οποία βοηθά στην πραγματοποίηση
της αστοχίας, και τέλος, το νερό που βρίσκεται στο εφελκυστικό ρήγμα τείνει να μαλακώνει
το έδαφος, υποβαθμίζοντας έτσι τις μηχανικές του αντοχές.
Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή πραγματεύεται την επίδραση του εφελκυστικού ρήγματος
στην ευστάθεια πρανών στις δύο καθώς και στις τρεις διαστάσεις. Η ανάλυση που
παρουσιάζεται βασίζεται στη λύση κλειστού τύπου ανάλυσης ευστάθειας πρανών που
παρουσιάστηκε από τους Pantelidis και Griffiths (2013a&b) και πραγματοποιήθηκε σε
συνεργασία με τον Δρ. Λύσανδρο Παντελίδη και τον Δρ. Ηλία Γραβάνη. Είναι μάλιστα η
πρώτη απόπειρα διερεύνησης της επίδρασης του εφελκυστικού ρήγματος στην ευστάθεια
πρανών στις τρείς διαστάσεις, καθώς επίσης και η πρώτη που θα προσπαθήσει να κάνει μια
άμεση σύγκριση της επίδρασης του εφελκυστικού ρήγματος μεταξύ δύο και τριών
διαστάσεων. Η μοντελοποίηση του προβλήματος έγινε με τη βοήθεια του λογισμικού
Wolfram Mathematica και μελετήθηκαν όλοι οι πιθανοί μηχανισμοί αστοχίας που
συναντώνται σε ομοιογενή πρανή. Η επιφάνεια ολίσθησης στο πρόβλημα των δύο
διαστάσεων θεωρήθηκε κυκλική, ενώ στις τρείς διαστάσεις θεωρήθηκε ως τμήμα
σφαιροειδούς και η επιφάνεια του εφελκυστικού ρήγματος ως τμήμα καμπυλωτής επιφάνειας
κυλίνδρου. Στα εξαγόμενα αποτελέσματα περιλαμβάνονται μεταξύ άλλων, διαγράμματα
ευστάθειας για τον υπολογισμό του αριθμού ευστάθειας NF.
File(s)![Thumbnail Image]()
Name
msc_gkotsis_konstantinos.pdf
Size
6.17 MB
Format
Adobe PDF
Checksum (MD5)
1e63fb64533c4aa27e25fa8bc869e9ec