Studiul regimului de presiune în galeri a [620919]
ineri
Facultatea de Mine
Studiul regimului de presiune în galeri a
principal ă de aducțiune de la Livezeni –
Murga
Coordonator: Prof.univ.dr.habil.ing. TODERAȘ Mihaela
Absolvent: [anonimizat], 201 9 UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI
FACULTATEA DE MINE
Domeniul: INGINERIE CIVILĂ
Specializarea: INGINERIA PROIECTĂRII CONSTRUCȚIILOR
MINIERE
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 1
Cuprins
INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 2
1. CARACTERISTICI GENERALE ………………………….. ………………………….. …………………… 6
1.1. Localizare 6
1.2. Date morfologice 7
1.3. Date privind zonarea seismică 8
1.4. Încadrarea obiectivului în zone de risc 10
2. DATE GEOLOGICE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 12
2.1. Cadrul geologic regional 12
2.2. Tectonica regiunii 17
2.3. Hidrogeologia regiunii 18
2.4. Fenomene fizico -geologice actuale 19
2.5. Seismicitatea regiunii 19
2.6. Cadrul geologic al perimetrului aducțiunii Livezeni – Murga 20
2.7. Caracteristici mineralogo -petrografice ale formațiunilor din perimetrul
aducțiunii Livezeni – Murga 21
3. CARACTERIZAREA GEOMECANICĂ A ROCILOR ………………………….. ………………… 25
3.1. Caracteristici geomecanice ale rocilor determinate în laborator 25
3.1.1. Caracteristici fizice 25
3.1.2. Caracteristici de rezistență 27
3.1.3. Caracteristici de deformare 34
3.2. Caracteristici g eomecanice ale rocilor din masiv 38
3.3. Simularea comportamentului masivelor de roci cu ajutorul programului
RocData 41
4. STAREA PRIMARĂ ȘI SECUNDARĂ DE TENSIUNE ÎN MASIV …………………………. 50
4.1. Starea primară de tensiune 50
4.2. Repartizarea tensiunilor în rocile din jurul lucării miniere executate în medii
elastice, omogene și izotrope 52
4.3. Modelarea prin elemente finite cu ajutorul programului Phase 2 54
5. PRESIUNEA MINIERĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 66
5.1. Presiunea minieră asupra tavanului lucrărilor miniere orizontale 66
5.2. Presiunea minieră din pereții laterali 68
6. CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 71
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 73
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 2
INTRODUCERE
Aducțiunea Livezeni -Murga face parte din a menajarea hidroenergetică a râului Jiu pe
sectorul Livezeni – Bumbești care cuprinde două hidrocentrale amplasate în zona defileului,
unite printr -o galerie de aducțiune principală, cu o lungime de 20 km. Sectorul Livezeni –
Bumbești este s ituat pe teritoriul județelor Hunedoara (barajul și acumularea Livezeni) și Gorj
(restul amenajării). Cele două centrale pe derivație, împart lucrarea în două trepte astfel :
Livezeni – Dumitra și Dumitra – Bumbești.
Galeria de aducțiune principală (derivaț ia) deține ponderea cea mai importantă a
cantităților de lucrări ce au fiost executate. Tipurile de roci dominante, străbătute de galerie sunt
șisturile sericito -cloritoase și cloritoase – feldspatice, cuarțite micacee și gnaise cuarțitice. La
nord se mai întâlnește complexul amfibolitic al seriei de Drăgșan, precum și șisturile c ristaline
de Tulișa. De la Bumbești spre Nord, pe aproximativ 7 km apar granitoide de tip Șușita (granite,
diorite). În continuare se dezvoltă cristalinul Danubian, alcătuit din seria de Drăgșan și seria de
Lainici – Păiuș (puternic tectonizată), separate printr -o falie importantă.
Barajul Livezeni , amplasat la intrarea în chei, pe DN 66, la circa 1,10 km aval de
confluența Jiului de Est cu Jiul de Vest este corespunzător clasei de importanță a construcției
III.
Barajul Livezeni
Priza energetică este a mplasată pe malul drept, adiacent barajului. Galeria de
aducțiune Livezeni – Dumitra are o lungime de 6,90 km și o secțiune transversală circulară cu
diametrul interior al cămășuielii de beton de 3,80 m. Modalitatea de excavare a fost clasică, cu
exploziv i având următoarele caracteristici :
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 3
– secțiune excavată : 18,33 m2;
– schema de pușcare : 100 găuri/secțiune;
– forarea găurilor: instalație de perforare cu două brațe Tamroek -AXERA ;
– tip exploziv : dinamită tip 2;
– tip capsa : capsa electrica tip Sadu cu întârziere în 7 trepte.
O fereastră de atac intermediară a permis deschiderea a două fronturi de excavație
suplimentare și scurtarea duratei de execuție.
Nodul de presiune Dumitra, în ansamblul său, are rolul de a concentra căderea
volumului de apă la cele trei turb ine cu care este echipată CHE Dumitra și este compus din : castelul
de echilibru subteran, casa vanelor și conducta forțată metalică.
Nodul de pre siune Dumitra. Castelul de echilibru subteran, casa vanelor și conducta
forțată metalică
Centrala hidroelectrică Dumitra este o centrală supraterană, amplasată pe malul drep t
al Jiului, la confluența cu pârâul Dumitra. Centrala este echipată cu 3 grupuri Francis cu ax vertical,
cu o capacitate hidraulică totală de 36 m3/s și o putere instalată de 24,5 MW.
Caseta de racord face legătura între bazinul de liniștire al CHE Dumitra și portalul
amonte al galeriei de aducțiune Dumitra – Bumbești.
Galeria de aducțiune Dumitra – Bumbești asigură tranzitarea debitului instalat de 36
m3/s între CHE Dumitra și nodul de presiune Bumbești având o lungime de 12,5 km. Galeria
Dumitra – Bumbești prezintă două tronsoane distincte:
‒ tronsonul amonte cu nivel liber (polderul subteran) are lungimea de 1.500m și
panta longitudinală 1,5%;
‒ secțiunea transversală la capătul amonte este de 4,40×4,40 m iar la capătul aval
este de 4,40 x 6,65 m, având bolta galeriei orizontală;
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 4
‒ tronsonul aval de 1,1 km este galerie sub presiune cu secțiunea transversală
circulară și diametrul interior de 4,20 m.
Centrala hidroelectrică Dumitra
Nodul de presiune Bumbesti se compune din: castelul de echilibru cu deversare, casa
vanelor și conducta forțată metalică.
Nodul de presiune Bumbești . Conducta forțată metalică
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 5
Centrala hidroelectrica Bumbești este o cen trală supraterană, amplasată pe malul
drept al Jiului, la 1200 m amonte de confluența cu pârâul Porcului. Centrala este echipată cu 3
grupuri Francis cu ax vertical, cu o capacitate hidraulică totală de 36 m3/s și o putere instalată de
40,5 MW. Restituția debitului în albie se face printr -un bazin de liniștire și un canal de fugă
scurt.
Principalii indicatori tehnico economici ai întregii amenajări sunt următorii :
‒ căderea totală brută 252 m ;
‒ debit instalat 36 m3/sec;
‒ putere instalată 65 MW;
‒ energie produsă în an mediu 276 GWh/an.
Având ca beneficiar Hidroelectrica S.A. – Sucursala Hidrocentrale Tg. Jiu, ca proiectant
general Institutul de Studii și Proiectări Hidroenergetice S.A. – București și ca antreprenor gen eral
S.C. Romelectro S.A., realizarea investiției A.H.E. a râului Jiu pe sectorul Livezeni – Bumbești
are în S.C. Hidroconstrucția S.A. pe principalul său subantreprenor.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 6
1. CARACTERISTICI GENERALE
1.1. Localizare
Aducțiunea Livezeni – Murga este amplasată pe malul drept al Jiului, între albia minoră
a râului și DN 66, în aval de barajul Livezeni care este amplasat la 1,1 Km față de confluența
Jiului de Est cu Jiul de Vest.
Localizarea aducțiunii Livezeni – Murga
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 7
Fereastra aducțiunii Livezeni – Murga
1.2. Date morfologice
Din punct de vedere morfologic, Defile ul Jiului este repreze ntat de o zonă montană (cu
stâncării, abrupturi , grohotișuri , chei, cascade și pădur i), fiind situat între Munții Vâlcan (grupă
muntoasă a Munților Retezat -Godeanu ), la vest și Munții Parâng (ce aparțin grupei
muntoase Parâng -Șureanu -Lotru ), la est; de -a lungul râului Jiu , aproape de confluența Jiului de
Est cu Jiul de Vest și confluența cu Valea Sadului .
Harta Județului Hunedoara
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 8
Harți din satelit cu Defileul Jiului și zona aducțiunii Livezeni -Murga
Defileul Jiului
1.3. Date privind zonarea seismică
Caracteristici geofizice ale terenului cercetat, în conformitate cu normativul P 100 – 1/2013
sunt:
‒ Zona seismică : E;
‒ Zonarea valorilor de vârf ale accelerației terenului pentru proiectare ag cu IMR
= 225 ani și 20%, probabilitate de depășire în 50 de ani este: a g = 0,10g;
‒ Perioada de colt T c = 0,7 s ;
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 9
România – Zona valorilor de vârf ale accelerației terenului pentru proiectare a g
cu IMP = 225 și 20% probabilitate
Zonare a teritoriului României în terme ni de perioadă de control (colț),
Tc a spectrului de răspuns
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 10
Spectrele normalizate de răspuns elastic ale accelerațiilor absolute pentru fracțiunea din
amor tizarea critică = 5% în condițiile seismice și de teren din România, (T) sunt
reprezentate pe baza valorilor T B, TC și T D.
1.4. Încadrarea obiectivului în zone de risc
În conformitate cu LEGEA Nr. 575 din 22 octombrie 2001 privind aprobarea Planului
de amenajare a teritoriului național – Secțiunea a V -a – Zone de risc natural, Publicatã în:
Monitorul Oficial Nr. 726 din 14 noiembrie 2001 zonele care prezinta un potențial de producere
a unor fenomene naturale distructive se analizeaza si se incadreaza .
În înțelesul prezentei legi, zone de risc natural sunt arealele delimitate geografic, în
interiorul cãrora existã un potențial de producere a unor fenomene naturale distructive, care pot
afecta populația, activitãțile umane, mediul natural și cel construit ș i pot produce pagube și
victime umane.
În conformitate cu anexele din lege, zona cercetata se incadreaza in zone cu potential
mediu (albastru ) de producere al alunecarilor de teren.
Masivul cercetat se prezinta stabil , fără urme sau forme de degradare pri n alunecare la
data executarii pezentului studiu , neexistâ nd pericole iminente de degradare prin declansarea
sau reactivarea lor si/sau a altor fenomene geodinamice distructiv e: prabusiri de teren, etc.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 11
Harta zonelor de risc din România
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 12
2. D ATE GEOLOGICE
2.1. Cadrul geologic regional
Din punct de vedere geologic, regiunea în care este proiectată amenajarea
hidroenergetică a râului Jiu (defileu), sector Livezeni – Bumbești, face parte din Cristalinul
Carpațiilor Meridionali, care aparține Autohtonului Danubian.
Formațiunile geologice, ce alcătuiesc marile unități structurale din aria de realizare a
acestei amenajări, aparțin ca vârstă intervalului Proterozoic Superior – Mezozoic.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 13
Harta geologică. Scara 1:50.000 (Foaia Schela)
Autohtonu l Danubian
Formațiunile geologice atribuite acestei unități structurale, cuprinde șisturile cristaline
și masivele de granite și granodiorite asociate acestora.
Fundamentul autohtonului îl constituie șisturile cristaline aparținând seriilor de Lainici
– Păiuș și Drăgșan . Acest fundament, a fost străbătut și afectat de mai multe erupții acide, din
care două cele mai importante, care au condus la punerea în loc a granitului de Șușița și
Tismana. Ulterior acestora, au fost puse în loc filoane de lamprofire, pegmatite și aplite.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 14
Soclul cristalin suportă petice de depozite sedimentare de vârste diferite și o serie slab
metamorfozată, transgresivă, cunoscută sub denumirea de Seria de Tulișa.
Formațiuni cristaline ale Domeniului Danubian
Seria de Lainici – Păiuș
Șisturile cristaline ale acestei serii apar sub formă de fâșii înguste orientate aproximativ
NE – SV, în partea centrală și de sud a munților Vâlcan și Parâng, unde formează acoperișul
masivelor granitice de Șușița și Tismana.
Spre nord , este delimitată de seria de Drăgșan print -o falie direcțională orientată ENE
– VSV.
În alcătuirea petrografică a acestei serii se disting următoarele tipuri de roci: cuarțite,
gnaise psamitice, șisturi sericito – cloritoase, , șisturi grafitoase, șisturi cloritoase feldspatice,
șisturi micacee, gnaise cuarțitice, migmatite, roci de contact, calcare cristaline.
Caracteristica principală a acestei serii este gradul avansat de tectonizare al rocilor, care
a determinat, în anumite cazuri, retromorfismul asocia țiilor mineralogice, cu formare de gnaise
micacee și micașisturi (migmatite).
Rocile aparținând seriei de Lainici – Păiuș, vor fi intercepate parțial de lucrări pentru
efectuarea galeriei de aducțiune, nodul de presiune și centrala Dumitra.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 15
Coloane stratigrafice sintetice prin seriile Lainici -Păiuș și Drăgșan
Seria de Drăgșan
Se dezvoltă în partea de N și NE a munților Vâlcan. În alcătuirea acestei serii au fost
separate două complexe stratigrafice:
‒ complexul amfibolitic, în bază care este reprezent at în principal prin amfibolite,
șisturi amfibolice, gnaise amfibolice, calcare cristaline și intercalații de
serpen tinite, metadiorite și gabrouri;
‒ complexul superior clorito – sericitos al seriei de Drăgșan s -a format
predominant pe seama rocilor din com plexul amfibolitic și în parte, pe seama
seriei de Lainici – Păiuș, fapt demonstrat de prezența elementelor rocilor celor
două serii în orizontul conglomeratic al complexului clorito – sericitos. În
complexul superior sericito – cloritos se întâlnesc șistu ri cuarțito – cloritoase,
cuarțite, șisturi cuarțitice, gnaise cloritoase, șisturi cloritoase.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 16
Rocile acestei serii se vor regăsi în fundația barajului Livezeni, precum și pe traseul
galeriei de aducțiune Livezeni – Murga.
Rocile magmatice
Legat de formațiunile de șisturi cristaline ale celor două complexe, apar o serie de
corpuri și masive intrusive de roci granitice – granodioritice, care ocupă suprafețe mari în
cuprinsul munților Vâlcan și Parâng. Astfel, în cuprinsul seriei de Lainici – Păiuș, se dezvoltă
granitoidele din zona Mândra – Gâlcescu – Repedea.
La limita celor două serii a fost pus în evidență granitul de tip Reci. În valea Jiului,
granitoidul de tip Șușița atinge o lărgime de cca. 7 Km, îngustându – se spre vest treptat, până
în valea Susenilor. Granitul de tip Șușița – Suseni, este reprezentat prin tipuri petrografice care
variază de la granite, la diorite cuarțifere, tipul predominant fiind însă granitoidele.
Întreg complexul de roci granitoide și granitice este intens tectonizat, fii nd afectat de
numeroase falii direcțonale însoțite de zone de zdrobire. La rândul lor, granitoidele și granitele
sunt străbătute de roci filoniene, reprezentate prin micro -granite, aplite, pegmatite și lamprofire.
La limita nordică a granitoidelor din munț ii Vâlcan, apare o zonă de gnaise laminate cu
compoziția granitică, considerate drept granite laminate. Această zonă, atinge în defileul Jiului
o grosime de 1,5 Km. În aceste roci se află amplasat nodul de presiune Bumbești și centrala,
precum și o parte d in galeria Dumitra – Bumbești.
Seria de Tulișa
După punerea în loc a maselor granitoide, a urmat o perioadă de exodare, după care s –
au depus formațiunile seriei de Tulișa (Paleozoic inferior). Aceste formațiuni, stau discordant
peste cele două serii cristaline și se întâlnesc în zona amenajării pe valea Jiului la Livezeni,
Rafaila, la Schitu, L acuri Rele și pe Culmea Bumbeștilor. Rocile acestor serii sunt reprezentate
printr -un orizont inferior: metaconglomerate, cuarțite, calcare șistoase, un orizont median: roci
verzui și calcare. Un orizont superior: filite, șisturi sericito – grafitoase arco ziene sau cuarțoase,
filite sericitoase și filite grafitoase.
Rocile acestei serii se vor intercepta cu lucrările de la aducțiunea Dumitra – Bumbești.
Formațiuni sedimentare
Formațiunile sedimentare din aria amenajării Livezeni – Bumbești sunt de vârstă p aleo
– mezozoică și neozoică.
Paleozoicul – apare pe suprafețe restrânse numai în Domeniul Danubian, fiind
reprezentat prin formațiunea de Schela, considerată de unii autori de vârstă Carbonifer superior
– Jurasic inferior. Aceste depozite sedimentare se î ntâlnesc sub forma unor fâșii înguste între
valea Șușiței și valea Jiului, fiind reprezentate printr -o alternanță de gresii cuarțitice și șisturi
argiloase negre. Subordonat mai apar gresii arcoziene, microconglomerate și mai rar
conglomerate.
Mezozoicul – depozitele mezozoice, alcătuiesc cea mai mare cuvertură sedimentară a
Domeniului Danubian și sunt reprezentate prin gresii, microconglomerate și calcare de vârstă
Jurasică și Cretacică. Aceste depozite stau discordant peste seria de Tulișa sau direct pe
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 17
cristalinul Danubian. Formațiunile calcaroase mezozoice se întâlnesc pe valea Sohodol și pe
valea Șușița.
Neozoicul – este reprezentat prin depozitele mio – pliocene din rama sudică a munților
Vâlcan – Parâng. Aceste depozite se întâlnesc la sud de Bumbești , unde stau transgresiv peste
marginea cristalinului Danubian, peste formațiunile de Schela și peste sedimentarul depresiunii
Getice. Formațiunile mio -pliocene sunt alcătuite din pietrișuri, marne cenușii, marne calcaroase
și nisipuri.
Cuaternarul – este r eprezentat prin etajele Pleistocen superior și Holocen superior.
Pleistocenul superior, este alcătuit din depozite recente, glaciare, coluvial – deluviale și
proluviale.
Holocenul superior, este reprezentat prin aluviunile recente din albiile văilor (depoz ite
fluviale) și conuri de dejecție, pornituri, etc.
2.2. Tectonica regiunii
Structura geologică complexă a zonei, este rezultatul unei evoluții tectonice foarte
complicate, marcate de șariajul getic, care a condus la delimitarea celor două mari unități
structurale: Domeniul Getic și Domeniul Danubian.
În prima etapă, reprezentată prin dislocațiile cele mai vechi (hercinice), a fost afectat
intens fundamentul cristalino – granitic Danubian, prinzând în cute depozitele Carboniferului
superior în formațiune a de Schela, precum și formațiuni mai vechi (Tulișa) .
O a doua categorie de dislocații este mai nouă (alpină) , în care fundamental danubian
a fost afectat într -o măsură mai mică, în timp ce cuvertura sedimentară a acestuia a fost foarte
solicitată, ca urm are a șariajului getic.
Șariajul getic, constituie elemental tectonic major care a produs înaintarea șisturilor
cristaline din grupul I (Getic), sub forma unei pânze de șariaj de mare amploare, peste șisturile
cristaline din grupul II (Danubian).
Ca urmare a evoluției tectonice complexe, structura cristalinului Danubian din această
regiune este reprezentată prin două compartimente majore: un complex Nordic, în care se
dezvoltă seria de Drăgșan străbătută de granitoidele interne și un compartiment sudic, con stituit
din seria de Lainici – Păiuș, străbătută de granitoidele de Șușița și granitele de Tismana. Aceste
compartimente majore, fiecare prezentând o structură anticlinală, sunt separate de o puternică
dislocație direcțională ce se urmărește din munții Ce rnei – Oslea, până în partea de est a
munților Parâng.
De-a lungul acestei dislocații, al cărui plan înclină puternic către nord, compartimentul
Nordic al seriei de Drăgșan este ridicat și împins peste compartimentul sudic, în care se dezvoltă
seria de Lai nici – Păiuș. Zona de dislocație dintre cele două compartimente rigide este marcată
prin prezența rocilor intens metamorfozate dinamic: brecii, cataclazite, milonite, diaftorite, etc.
Tectonica rupturală a afectat domeniul Danubian, fiind concretizată prin t-o serie de
fracturi majore și secundare orientate perpendicular sau longitudinal pe structură.
Zona colinară, situată la sud de masivele muntoase aparținând depresiunii Getice, se
prezintă ca un monoclin slab cutat, afectat de un sistem de falii transversale pe structură.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 18
Harta tectonică. Scara 1:200.000
2.3. Hidrogeologia regiunii
În cuprinsul perimetrului de amenajare a r âului Jiu, se deosebesc atât roci permeabile
(aluviuni, deluvii de pantă, grohotișuri, roci sedimentare necimentate, roci carbonatice și o parte
din șisturile cristaline slab metamorfozate) cât și roci impermeabile (majoritatea șisturilor
cristaline, rocile magmatice și o parte din seriile sedimentare).
Constituția petrografică, gradul de porozitate, precum și gradul de alter are, fisurare și
faliere ale rocilor, influențează considerabil asupra infiltrațiilor și circulației apelor subterane.
Apele subterane rezultă din apele de infiltrație, care pătrund și circulă prin porii rocilor,
prin spațiile capilare, prin golurile și fi surile rocilor, în funcție de gradul de permeabilitate a
acestora și de panta terenului.
Nivelul hidrostatic al apelor subterane, este strâns legat de precipitațiile atmosferice și
de intensitatea evaporației. Regimul hidrologic al acestor ape mai depinde și de orientarea
generală a structurii, de prezența dislocațiilor tectonice însoțite de brecii, precum și de
orientarea acestora față de văile învecinate.
În cazul rocilor stâncoase, prezente în perimetrul șisturilor cristaline, granitoide și o
parte din r ocile sedimentare, se constată o circulație mai frecventă în apropiere de suprafață,
favorizată de prezența mai mare a fisurilor deschise. Spre adâncime, odată cu închiderea sau
colmatarea acestora, circulația apelor se diminuează.
În zonele de adâncime, c irculația apelor va fi favorizată numai de prezența accidentelor
tectonice, mai importante. O atenție deosebită trebuie acordată lucrărilor subterane (aducțiuni,
etc.) și mai ales în zonele de subtraversarea văilor, unde pot să apară infiltrații mai abunde nte
de apă. O circulație mai abundentă de apă se semnalează deasemenea, pe suprafața de contact
dintre rocile din bază și depozitele acoperitoare (aluviuni, deluvii, grohotișuri, conuri de
dejecție).
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 19
Prezența masivelor calcaroase în perimetru, mai ales pe valea Runcu și Bratcu, ridică
probleme deosebite din punct de vedere hidrogeologic.
Caracterul lor carstic, cu o circulație abundentă și necontrolată de apă, nu este
recomandat de a fi traversat cu galerii.
Pânzele de apă cu nivel liber, se formează din ap ele de infiltrație care pătrund în rocile
permeabile.
În regiune se vor întâlni astfel de ape, la baza șesurilor aluvionare, în zonele de alterație
puternică, a deluviilor, conurilor de dejecție și grohotișurilor.
În cuprinsul regiunii se semnalează de ase menea, prezența a numeroase izvoare,
localizate atât în șisturile cristaline și granitoide, cât și în rocile sedimentare, precum și la
limitele de separație dintre acestea. Unele izvoare pot avea caracter ascensional. Apariții de apă
sub formă de izvoare s e consideră că pot apărea în timpul excavațiilor în galerii și la centrale,
precum și în zonele afectate de dislocații tectonice.
Chimismul apelor, stabilit pe baza buletinelor de analiză, arată că apele Jiului cât și a
principalilor afluenți, au o agresiv itate bazică față de betoane, agresivitate care presupune o
creștere a poluării acestora.
2.4. Fenomene fizico -geologice actuale
Printre fenomenele fizico – geologice observate în perimetrul regiuniii amenajării râului
Jiu se menționează, desprinderile de bloc uri de rocă (pe planurile de șistozitate și fisurație),
alunecări de teren la nivelul contactului deluviu – rocă, alterarea rocilor cristaline și intrusive
la contactul cu agenții externi.
Alterarea rocilor, are loc în special la tipurile petrografice cu un conținut ridicat de
feldspat și sericit (granitoide, șisturi sericito – cloritoase), la cele cu șistozitate și structură
lamelară pronunțată, la rocile situate în zonele superficiale ale terenului, sau la cele limitrofe
accidentelor tectonice, unde are loc o circulație mai abundentă de apă.
Pe zonele alpine ale munților, în zonele de formare ale ghețarilor, au fost observate
fenomene de eroziune și acumulare tipice proceselor glaciare.
2.5. Seismicitatea regiunii
Obiectivul analizei seismicității regiunii es te obținerea datelor nivelurilor seismice
probabile ale amplasamentelor.
În regiunea amenajării râului Jiu se remarcă următoarele falii de mare amploare, care
afectează elementele subșariate de sub pânzele Getică și Subgetică:
‒ falia Intramoesică, orientată NV – SE, care delimitează spre E zona cutremurelor
făgărășene puternice cu M > 4 – 5;
‒ faliile situate, la N de falia Loviștei, cu orientare E – V. Limita vestică a acestora
este situată la N de localitatea Brezoi, unde s -a observat o activitate seismică
remarcabilă;
‒ sistemul de falii asociat faliei Sud Transilvane, care sunt în corelație cu
epicentrele de intensități până la Io = 6.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 20
Conform datelor seismicității observate și seismotectonice, rezultă o primă clasificare
în două categorii de cutremure:
‒ cutremure locale;
‒ cutremure Vrâncene intermediare, care sunt cele mai importante cutremure
regionale din punct de vedere al intensităților maxime determinate în
amplasament.
Dintre cutremurele locale, cutremurele făgărășene au influențat cel mai mult
seismicit atea zonei, mărimea intensității fiind cuprinsă între IB = 4 – 6,5 (MSK).
2.6. Cadrul geologic al perimetrului aducțiunii Livezeni – Murga
Formațiunile geologice ce vor fi străbătute de aducțiune a Livezeni – Murga , aparțin
seriei de Drăgșan, care face parte di n cadrul unității structurale al Domeniului Danubian.
Seria de Drăgșan, este reprezentată prin șisturi amfibolice, amfibolite, metadiorite,
metagabrouri, cu intercalații șistoase, precum și șisturi amfibolice cloritoase.
Sub aspect structural, acest compartiment al seriei de Drăgșan, prezintă la contactul cu
seria de Lainici – Păiuș, situat în apropierea văii Dumitra, o puternică dizlocație tectonică
direcțională, a cărui plan înclină spre nord. Această dizlocație a produs ridicarea și împingerea
comp artimentului seriei de Drăgșan, peste compartimentul sudic al seriei de Lainici – Păiuș.
La nord și sud de această dizlocație majoră, tectonica rupturală a condus la accidente
tectonice reprezentate prin falii longitudinale și transversale pe structură, în soțite de zone de
brecie și argilă de falie.
Zona de dizlocație majoră dintre cele două compartimente, este marcată și de prezența
rocilor intens metamorfozate dinamic (brecii, cataclaze, milonite).
De asemenea, se remarcă mai multe sisteme de fisurație ca re afectează rocile cristaline,
acestea fiind caracteristice pentru fiecare serie în parte.
Din analiza diagramelor Schmidt și a reprezentărilor schematice spațiale ale planurile
de discontinuitate care afectează roca pentru acest tronson, rezultă următoar ele date mai
importante:
‒ pentru șisturile sericito -cloritoase cuarțitice și clorito -amfibolice s -au delimitat
trei clase, înglobând 6 planuri de discontinuitate și anume:
1. În cls. I, S 1 = 260/60, este orientat NNV – SSE și are o înclinare spre
VSV de 60 , cu o frecvență de 1,10 fisuri/m;
2. În cls. II se deosebesc trei planuri: S 2 = 350/85; S2’ = 225/80; S2” =
80/85, cu o frecvență de 0,75 fisuri/m;
3. În clasa III se deosebesc două planuri: S 3 = 120/75; S3’ = 310/85 au
frecvență mai redusă, sub 0,5 f isuri/m.
‒ în amfibolite, pe baza a 5773 puncte de măsurători efectuate în studiul ISPH –
1980, s -au pus în evidență cinci planuri de discontinuitate aparținând la patru
clase:
1. Planul S 1, cls.I = 150 /30 orientat NE -SV cu înclinări de 30 spre SE,
are o frecvență de 1,45 fisuri/m;
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 21
2. Planurile din cls. II, S 2 = 30/40; S2’ = 330/80 și S 2” = 185/80, S2’’’=
240/80, are o frecvență medie de o fisură/m.
Având în vedere că aducțiunea are o direcție aproximativă N -S, se pot aprecia planurile
potențiale și liniile preferențiale de desprindere ale rocilor în timpul excavațiilor pe traseului
galeriei.
Se remarcă astfel, în primul rând, o mare neomogenitate a dispunerii planurilor de
discontinuitate caracteristice fiecărui tip de rocă.
Pe traseul galeriei de aducțiune respective, care va străbate roci aparținând seriei de
Drăgșan (șisturi sericito -cloritoase, amfibolite – șisturi amfibolitice), în timpul excavațiilor, pot
apărea desprinderi de blocuri din tavanul galeriei datorită înclinării redus e din planul S 1 (30).
De asemenea, se pot produce desprinderi și pe celelalte planuri de discontinuitate din rocă,
planuri care se întretaie aproape cvasiperpendicular, cu înclinări între 60 -80, fragmentând roca
în blocuri paralelipipedice de dimensiuni reduse (sub 1 m3.)
Orientarea și frecvența diferită a planurilor de discontinuitate, duc la dezechilibrarea și
alterarea rocilor în special în zonele deja alterate și foarte tectonizate.
2.7. Caracteristici mineralogo -petrografice ale formațiunilor din perimetrul aducțiunii
Livezeni – Murga
Locul de prelevare: front Murga
Structura geologică: Autohtonul Danubian, Complexul amfibolitic al Seriei de Dragșan
I. Analiză macroscopică
1. Tipul de rocă: șist mezometamorfic provenit dintr -un material psamitic preexistent
2. Structural: grano -lepidoblastica
3. Textura: șistoasa
4. Spartura: colțuroasă (angulara)
5. Culoarea: cenușiu deschis
6. Compoziția mineralogică: cuarț, feldspat, biotit .
7. Reacție la acizi: cu HC1 diluat nu face efervescență
II. Analiză microscopică
1. Structura: grano -lepidoblastica
2. Textura: orientata șistoasa
3. Compoziția mineralogică: cuarț, feldspat plagioclaz, biotit, feldspat ortoclaz, apatit, zircon, allanit,
minerale opace, sericit, limonit.
‒ Cuarțul se prezintă sub forma a două tipuri genetice și anume unul primar și altul secundar.
Cuarțul primar, care in majoritatea cazurilor este mai mult sau mai puțin lenticular, prezintă
o alungire paralela cu șistozitatea rocii și in majoritatea cazurilor are contururile crenelate
datorită corodarii acesteia de către cuarțul de a doua generație. Unele lentile de cuarț primar
(provenit din materialul sedimentar premetamorfic) sunt afectate de fisuri perpendiculare pe
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 22
alungire și mai rar oblice. Același cuarț prima r dispus în mozaic și cu orientari optice diferite
alcatuiește unele fragmente, mai mult sau mai puțin rotunjite, de roci cuarțitice. Cuarțul
secundar, patruns ulterior pe planele de șistozitate, formeaza cuiburi și șiraguri, in care
cristalele sunt de dim ensiuni mici și dispuse in mozaic.
‒ Feldspatul plagioclaz , in această rocă, apare intr -un procent ridicat și este mai mult sau
mai puțin sericitizat. Fragmentele de cristale, de dimensiuni variabile, unele prezinta un
contur hipidiomorf (regulat și neregula t), altele sunt allotriomorfe datorita unui grad de
rulare (inițial) avansat. Și acestea, in majoritate, sunt parțial corodate de cuarțul secundar și
prezintă orientări diferite (paralele, perpendiculare și oblice față de șistozitatea rocii. Toate
aceste c aracteristici, prezentate mai sus, pledează pentru un feldspat plagioclaz provenit din
materialul sedimentar de tip psamitic (premetamorfic).
‒ Biotitul (mica neagră). Acest component mineral lamelar, imprima rocii textura șistoasă
și se prezintă sub formă de lamele alungite, de diferite dimensiuni. Lamelele mai dezvoltate
sunt paralele cu șistozitatea, iar cele fragmentate și de dimensiuni mici sunt divers orientate.
Gradul avansat de limonitizare și distribuția acestuia in masa rocii denotă o origine primara
(sedimentar -psamitica preexistenta).
‒ Feldspatul ortoclaz este cu totul subordonat celui plagioclaz și prezintă un grad avansat
de alterare (caolinitizare și sericitizare).
‒ Apatitul, apare in procente subunitare, este idiomorf și inclus in feldspatul plagioclaz.
‒ Zirconul, ca și apatitul este subunitar, dar inclus in unele lamele de biotit unde a produs
puternice aureole pleocroice.
‒ Allanitul a fost observat sporadic ca incluziuni idiomorfe în unele cristale de feldspat
plagioclaz..
‒ Minerale opace , sunt și ele subunitare și a par ca incluziuni și plaje fine în cuarțul de a doua
generație.
‒ Sericitul este mineralul secundar predominant și apare sub formă de paiete fine și divers
orientate în masa cristalelor de feldspat plagioclaz și cu totul subordonat în cele de ortoclaz..
‒ Limonitul, este de culoare brună, apare sub formă de pelicule fine pe suprafața majorități
lamelelor de biotit, cărora le scade vizibil pleocroismul intens ințial.
4. Denumirea rocii: PARAGNAIS BIOTITO – FELDSPATIC
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 23
Paragnais biotito -feldspatic
Locul de prelevare: LIVEZENI
Structura geologică: Autohtonul Danubian, Complexul amfibolitic al Seriei de Dragșan
I. Analiză macroscopică
1. Tipul de rocă: mezometamorfică
2. Structura: nematogranonematoblastică
3. Textura: șistoasă
4. Culoarea: verzuie – cenușie
5. Componente: 60 % cuarț ; 37 % hornblendă ; 3 % opacit (pirită)
6. Reacție la acizi: nu reacționează cu acidul clorhidric(HCl).
II. Analiză microscopică
1. Structura: grano nematoblastică
2. Textura: șistoasă, discret rubanată
3. Compoziția mineralogică: hornblendă 65 %, cuarț 33 %, pirită 2 %
4. Denumirea rocii: ȘIST AMFIBOLITIC
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 24
Șist amfibolic
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 25
3. CARACTERIZAREA GEOMECANICĂ A ROCILOR
3.1. Caracteristici geomecanice ale rocilor determinate în laborator
3.1.1. Caracteristici fizice
Densitatea specifică
Densitatea este masa unității de volum efectiv al rocii (fără goluri sau pori), exprimată
în g/cm3 sau kg/m3 (SATS, 6200/10 -73).
Densitatea reală (specifică) a fost determinată în laborator prin metoda picnometrului
(SR EN, 1936) (SATS, 6200/10 -73) și calculată cu relația 3.1 .
Determinarea densității reale conform (SATS, 6200/10 -73), a constat în:
‒ măsurarea prin cântărire a masei probei aduse prin mojarare la dimensiuni sub 0,20
mm și uscate la (105 5);
‒ masa a fost raportată la volumul efectiv, obținut prin metoda picnometrului;
‒ a fost folosită î n acest scop apă distilată;
‒ iar operațiile de mai sus au fost efectuate la temperatura mediului ambiant.
Determinarea densității reale (specifice) în laborator
Densitatea specifică a fost calculată cu relația:
rh
ee
rm m mm
1 2
[g/cm3] (3.1)
, ,,m m me
[g] (3.2)
în care : me – masa materialului de analizat, în g; m’’ – masa picnometrului cu material, în g;
m’ – masa picnometrului gol, în g; m 2 – masa picnometrului umplut cu lichid, în g; m 1 – masa
picnometrului cu material și lichid, în g; ρ rh– densitatea specifică a lichidului de referință, la
temperatura de 20°C, în g/cm3.
Fiecare probă de rocă supusă analizei s -a efectuat pe trei picnometre (trei încercări
pentru aceeași probă).
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 26
Rezultatele au fost validate în urma calculelor, pe baza diferențelelor dintre cele
trei determinări, care nu au înregistrat modificări mai mari de 0,01 g/cm3.
Densitatea volumetrică (aparentă)
Densitatea aparentă reprezintă masa unității de volum aparent al rocii (inclusiv
golurile sau porii) (STAS , 6200/11 -73).
Densitatea aparentă a fost determinată conform (STAS , 6200/11 -73) și a constat în
măsurarea prin cântărire a masei probei uscate la (105 5C) și raportarea ei la volumul aparent
al acesteia, determinat prin metoda hidrostatică, după parafinarea în prealabil a probei.
Determinarea densității aparente prin metoda
cântăririi hidrostatice după parafinare
Densitatea aparentă determinată prin metoda parafinării a fost calculată cu relați ile:
aPaVm
[kg/m3] (3.3)
p waPm m m mV1 2 1
[cm3] (3.4)
unde : m – masa epruvetei uscate, în g; V aP – volumul aparent al epruvetei, în cm3; m 1 –
masa epruvetei parafinate, determinată cu balanța hidrostatică în aer, în g; m 2 – masa
epruvetei parafinate, determinată în apă cu balanța hidrostatică, în g; ρw – densitate a
apei distilate, în g/cm3(ρw≈1 g/cm3); ρw – densitatea parafinei, în g/cm3(ρw≈0,92 g/cm3).
Pentru calculele inginerești referitoare la rocile din situ , se foloște noțiunea de
greutate volumetrică a rocii .
Trecerea, de la densitate volumetrică (aparentă ), obținută în mod direct prin
încercări de labor ator, la greutate volumetrică, care se folosește în calculele le inginerești
referitoare la rocile din situ , se face cu ajutorul relației :
3/ 81,9 mNa (3.5)
Porozitatea
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 27
Porozitatea totală reprezintă volumul porilor deschiși și închiși, din unitatea de volum
aparent al rocii și se exprimă în procente (STAS, 6200/13 -80).
Această proprietate s -a determinat indirect folosind relațiile de legătură dintre densitatea
reală și densitatea aparentă.
Porozitatea totală a fost calculată cu ajutorul relației:
100) – (1 a
rn
[%] (3.6)
în care : ρr – reprezintă densitatea specifică a rocii, în g/cm3; ρ a– densitatea aparentă a rocii
în stare uscată, în g/cm3.
Cifra (indicele) porilor
Cifra porilor sau indicele porilor, reprezintă raportul dintre volumul golurilor V p (pori,
fisuri) și volumul materialului solid V s. Deci pentru un volum unitar al particulelor solide va
corespunde un volum (e) pentru goluri.
Această proprietate a fost determinată în funcție de densitatea specifică și de nsitatea
aparentă prin intermediul relației:
1
ae
(3.7)
unde : Vg – reprezintă volumul total al golurilor, în cm3; Vs – volumul fazei solide, în cm3; ρ –
densitatea specifică a rocii, g/cm3; ρa– densitatea aparentă a rocii în stare uscată, g/cm3; n –
reprezintă porozitatea rocii, în %.
Valorile medii ale caracteristicilor fizice pentru rocilor analizate.
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici fizice
Densitatea
specifică
(reală),
ρ x 103
[kg/m3] Densitatea
aparentă
(volumică),
ρa x 103
[kg/m3] Greutatea
volumetrică,
a x 104
[N/m3] Porozitatea,
n [%] Cifra
porilor,
e
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 2,710 2,640 2,640 2,583 0,026
2. Șist amfibolitic 2,725 2,663 2,633 2,275 0,023
3.1.2. Caracteristici de rezistență
Rezistența de rupere la compresiune monoaxială
Rezistența de rupere la compresiune monoaxială este definită ca fiind rezistența pe care
o au în momentul ruperii epruvetele supuse unor eforturi exterioare de compresiune.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 28
Determinarea rezistenței de rupere la compresiune monoaxială a constat în supunerea
la o încărcare progresivă (de 0,5 – 1 MPas) până la rupere, a epruvetelor așezate între platanele
prese i hidraulice.
Rezistența de rupere la compresiune monoaxială a fost determinată conform (STAS,
6200/5 -91) și (SR EN, 1926) , pe epruvete cilindrice cu diametrul cuprins între 4,2 – 5,2 cm și
un coeficient de zveltețe = 1,5 – 2 ( = h/d), solicitate pe direcția axei principale.
Determinarea rezistenței de rupere la compresiune monoaxială
AFr
rc
[MPa ] (3.8)
42dA
[cm2] (3.9)
unde : rc – reprezintă rezistența de rupere la compresiune monoaxială, MPa; F r – forța
maximă înregistrată în momentul ruperii epruvetei, daN; A – aria secțiunii transversale a
epruvetei, cm2; d – diametrul epruvetei, în cm.
Rezistența de rupere la compresiune triaxială
Compresiunea triaxială face parte din categoria solicitărilor multidirecționale și este
caracterizată prin posibilitatea de separare a eforturilor după trei direcții ce coincid cu axele
rectangulare ale reprezentărilor în spațiu. Ruperea se produce la fel ca în cazul compresiunii
sferice, adică prin adăugarea pe o direcție a unui surplus de presiune.
Rezistența de rupere la compresiune triaxială s -a realizat prin încercare triaxială de tip
cilindric sau axial simetric, cu condiția între tensiunile principa le 1 2 = 3 sau x = y z.
Epuvetele utilizate au avut formă cilindrică cu coeficientul de zveltețe = 2. Solicitarea după
axele x și y a fost realizată cu ajutorul unei pompe hidraulice, iar solicitarea după axa z s -a
realizat mecanic cu ajutorul unei prese hidraulice.
Efortul unitar la rup ere s-a calculat cu relația:
3 22
1 1
dD
AFr
[MPa] (3.10)
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 29
în care : Fr –reprezintă forța maximă înregistrată în momentul ruperii, în daN; A – secțiunea
transversală a epruvetei, în cm2; D – diametrul pistonului, în cm; d – diametrul epruvetei, în
cm; σ 3 – efortul lateral, în MPa.
Determinarea rezistenței de rupere la compresiune triaxială
Rezistența de rupere la întindere prin despicare (metoda braziliană)
Rezistența de rupere la întindere prin despicare (metoda braziliană) a fost realizată
conform (STAS, 6200/6 -71) și a constat în comprimarea epruvetelor cilindrice după două
generatoare diametral opuse, prin încărcări progresive, care au avut ca efect apariția unor
solicitări transversale de întindere, ce au provocat despicarea epruvetelor după un plan median.
Viteza de solicitare a epruvetelor la întindere prin despicare a fost menținută la 0,5 MPa s.
Determinarea rezistenței de rupere la întindere prin despicare
(Metoda Braziliană)
Rezistența de rupere la întindere prin despicare s -a calculat cu relația de calcul:
hdF2 r
rt
[MPa] (3.11)
unde : F r – reprezintă forța maximă înregistrată în momentul ruperii epruvetei, în daN; d –
diametrul epruvetei, în cm; h – înălțimea epruvetei, în cm.
Rezistența de rupere la forfecare
Rezistența la forfecare este tensiunea tangențială care duce la ruperea corpul ui, când
starea de tensiune este egală în toate direcțiile.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 30
Rezistența la forfecare după un plan de rupere obligat, a fost determinată conform
(STAS, 6200/7 -71), pe epruvete de formă cilindrică cu diametrul și înălțimea de 42 m m, supuse
la o încărcare de compresiune progresivă și uniformă de 0,5 -1MPas. Planul de forfecare al
matriței a avut înclinări de 30° și respectiv 60° față de normala la direcția de solicitare, ceea ce
a permis obținerea tensiunii tangențiale maxime de rup ere .
Determinarea rezistenței de rupere la forfecare după un plan
de rupere obligat
Rezistența de rupere la forfecare după un plan de rupere obligat a fost calculată cu
relațiile de mai jos.
cos
0AFr
rf
[MPa] (3.12)
sin
0AFr
rf
[MPa] (3.13)
hd A0
[cm2] (3.14)
unde : rf – reprezintă efortul unitar, normal la planul de forfecare obligat pentru unghiul , în
MPa; F r – încărcarea maximă înregistrată la ruperea epruvetei, în daN; A 0 – aria inițială a
secțiunii de forfecare, în cm2; d – diametrul epruvetei, în cm; h – înălțimea epruvetei, în cm;
– unghiul format între direcția forței și planul de rupere, în grade.
Coeziunea și unghiul de frecare interioară
Coeziunea este considerată ca fiind forța de legătură dintre particulele componente ale
unei roci, care se opune la desprinderea sau alunecarea lor sub acțiunea unor forțe exterioare.
Unghiul de frecare interioară este considerat unghiul a cărui tangentă trigonometrică
este reprezentat de coeficientul de frecare interioară dintre particulele rocii.
Coeziunea și unghiul de frecare interioară au fost determinate indirect (în funcție de
orientarea și direcția solicităr ii), prin metode grafice și analitice, cunoscând:
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 31
‒ rezistența de rupere la compresiune monoaxială și rezistența de rupere la
tracțiune, conform metodei Mohr;
‒ rezistența de rupere la compresiune triaxială;
‒ rezistența de rupere la forfecare.
Coeziunea și unghiul de frecare interioară determinate prin σ rc și σ rt
r R C
[MPa] (3.15)
2Cr – R arctg
[] (3.16)
unde:
2 rcR ;
2 rtr (3.17)
în care: C – reprezintă coeziunea rocii, MPa; φ – unghiul de frecare interioară, grade; σ rc –
rezistența de rupere la compesiune monoaxială, MPa; σ rt – rezistența de rupere la tracțiune,
MPa;
Pentru determinarea coeziunii și a unghiului de frecare interi oară, cunoscând rezistența
de rupere la compesiune triaxială și rezistența de rupere la forfecare după un plan de rupere
obligat, au fost utilizate următoarele metode grafice:
‒ metoda cercurilor lui Mohr, pentru rezistența de rupere la compresiune triaxială;
‒ metoda dreptei lui Coulomb -Mohr, pentru rezistența de rupere la forfecare.
Coeficientul de rezistență
Coeficientul de rezistență este o proprietate tehnologică, pusă în ev idență de
Protodiakonov în contextul ipotezei de rupere a rocilor Coulomb -Mohr –
tg c . Acest
coeficient a fost stabilit prin determinarea în laborator a rezistenței de rupere la compresiune
monoaxială.
100rcf
(3.18)
unde: rc – reprezintă rezistența de rupere la compresiune monoaxială, în MPa.
Valorile me dii ale caracteristicilor de rezistență pentru rocilor analizate.
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici de rezistență
Rezistența
de rupere la
compresiune
monoaxială, Rezistența
de rupere
tracțiune, Coeziunea,
C [MPa ] Unghiul de
frecare
interioară , Coeficientul
de
rezistență
f
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 32
rc [MPa ] rt [MPa ] []
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 54,594 8,240 10,604 47,537 5,45
2. Șist
amfibolitic 72,850 10,565 13,868 48,313 7,28
Valorile me dii ale caracteristicilor de rezistență pentru rocilor analizate.
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici de rezistență
Rezistența de rupere la compresiune
triaxială, [MPa ] Coeziunea,
C [MPa ] Unghiul
de frecare
interioară ,
[] 1 3 1 3 1 3
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 76,806 5 116,425 10 150,910 15 7,459 49,658
2. Șist
amfibolitic 112,195 5 140,656 10 161,125 15 20,131 41,347
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 33
Determinarea coeziunii și a unghiului de frecare interioara cu programul RocData
Valorile me dii ale caracteristicilor de rezistență pentru rocilor analizate.
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici de rezistență
Rezistența de rupere la forfecare,
rf [MPa ] Coeziunea,
C [MPa ] Unghiul de
frecare
interioară ,
[] = 30 = 60
f f f f
1. Paragnais
biotito-feldspatic 37,991 22,779 10,405 17,715 15,805 10,402
2. Șist amfibolitic 56,357 32,180 12,811 21,287 18,082 14,044
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 34
Determinarea coeziunii și a unghiului de frecare interioara cu programul RocData
3.1.3. Caracteristici de deformare
Limita de elasticitate
Limita elastică (tensiunea la limita elastică) este efortul unitar pentru care deformația
remanentă este mai mică de 0,03% din înălțimea inițială a epruvetei.
Practic s -a determinat pe epruvete de formă cilindrică, solicitate la compresiune
monoaxială, prin încărcări și descărcări succesive, până când deformația remanentă a fost
aproximativ egală cu 0,03%. Deformațiile după înălțime au fost măsurate cu ajutorul
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 35
microcomparatoarelor cu precizia de 1/100. Conform recomandărilor lui Ticelin – 1989 , limita
de elasticitate se poate calcula și prin intermediul rezistenței de rupere la compresiune
monoaxială, cu ajuto rul relațiilor:
‒ pentru roci cu rezistență mică și me die
21 rce
[MPa] (3.19)
‒ pentru roci cu rezistență mare
32 rce
[MPa] (3.20 )
unde : rc – reprezintă rezistența de rupere la compresiune monoaxială, MPa.
Modulul de elasticitate static
Determinarea caracteristicilor elastice prin încercări statice s -a realizat conform (STAS,
6200/14 -74) fiind utilizate epruvete cilindrice cu un coeficient de zveltețe = 1,5 – 2.
Epruvetele au fost solicitate cu o forță de compresiune în limitele 5 -30 % din rezistența de
rupere la compresiune monoaxială σrc (cunoscută în prealabil), prin încărcări sau prin încărcări
și descărcări în trepte, cu o viteză de solicitare menținută la valoarea de 1 MPa s. Deformațiile
longitudinale εl și transversale εt rezultate în urma solicitării au fost calculate pe baza variațiilor
după înălțime (scurtări) Δh și diametru (alungiri) Δd, măsurate cu ajutorul a 8
microcomparatoare, cu precizia de 1/1 00-1/1000, dispuse în patru puncte la 90° între ele pe
circumferința epruvetei (după diametru și înălțime).
Modulul de elasticitate static la compresiune este definit ca fiind raportul dintre
creșterea efortului unitar normal și creșterea deformației spec ifice corespunzătoare (STAS,
6200/14 -74).
Modulul de elasticitate determinat prin solicităr i satice s -a puns în evidență prin
încărcări și descărcări în trepte.
Prin încărcări și descărcări în trepte, valoarea modulului de elasticitate s -a determinat
numai până la limita de elasticitate, adică până la o deformație remanentă εl ≤ 0,03.
Determinarea în laborator a modului de elasticitate static
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 36
100hh l
[%] (3.21 )
100dd d
[%] (3.22 )
100 –
l1 l21 2
sE
[MPa] (3.23 )
unde:
AF
[MPa] (3.24)
în care : Δh – reprezintă scurtarea după înălțimea epruvetei, în mm; h – înălțimea inițială a
epruvetei, în mm; Δd – reprezintă alungirea după diametrul epruvetei, în mm; d – diametrul
inițial al epruvetei, în mm.
Coeif cientul și constanta lui Poisson
Coeficientul lui Poisson reprezintă raportul dintre deformația specifică transversală t și
deformația specifică longitudinală l, fiind un număr fracționar mai mic decât 0,5. În calcule se
iau mărimile corespunzătoare limitei de elasticitate.
Acest coefi cient a fost pus în evidență prin determinarea deformațiilor longitudinale și
transversale suferite de o epruvetă, care a fost supusă diferitelor trepte de încărcare.
lt
(3.25)
unde : εl – reprezintă deformația longitudinală, %; ε t – deformația transversală, %.
Constanta lui Poisson reprezintă raportul dintre deformația specifică longitudinală l și
deformația specifică transversală t, fiind un număr întreg sau fracționar mai mare ca 2.
Constanta lui Poisson s -a determinat prin intermediul deformațiilor longitudinale εl și
transversale εt, obținute prin măsurarea cu ajutorul a 8 microcomparatoare, având precizia de
1/100 -1/1000, dispuse în patru puncte la 90° între ele, pe circumferința epruvetei după diametru
și înălțime.
1
trlm
(3.26)
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 37
unde : εl – reprezintă deformația longitudinală, %; ε t – deformația transversală, %; –
coeficientul lui Poisson.
Modulul de forfecare și modulul volumetric
Modulul de forfecare (rigiditate) este raportul dintre tensiunea tangențială și deformația
la forfecare sau unghiulară. Deformația unghiulară caracterizează modificarea formei epruvetei
deformate.
Modulul de forfecare (elasticitate transversală sau de rigiditate), a fost determinat cu
relația:
) (1 2E G
[MPa] (3.27)
în care : – reprezintă coeficientul lui Poisson; E – modulul de elasticitate,în MPa.
Modulul de compresibilitate (volumetric) este raportul dintre valoarea tensiunii în cazul
solicitării poliaxiale (triaxiale) și modificarea elastică a volumului rocii solicitate.
Modulul de compresibilitate (elasticitate cubică sau deformație volumică) a fost pus în
evidență cu ajutorul relației:
) 2 (1 3E K
[MPa] (3.28)
unde : – reprezintă coeficientul lui Poisson; E – modulul de elasticitate,în MPa.
Valorile me dii ale caracteristicilor elastice pentru rocilor analizate.
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici elastice
Limita de
elasticitate,
e [MPa ] Modulul de
elasticitate,
Es [MPa ] Coficientul
lui Poisson,
Constanta lui
Poisson ,
m
1. Paragnais b iotito-
feldspatic 27,297 4982 ,667 0,26 3,84
2. Șist amfibolitic 36,425 7660 ,750 0,24 4,16
Valorile me dii ale caracteristicilor elastice pentru rocilor analizate.
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici elastice
Modulul de
forfecare,
G [MPa ] Modulul de
compresibilitate,
K [MPa ] Constanta lui
Lame,
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 38
1. Paragnais b iotito-
feldspatic 1977,249 3460,185 2142,020
2. Șist amfibolitic 3089,012 4910,737 2851,396
3.2. Caracteristici geomecanice ale rocilor din masiv
Datorită faptului că rocile din masiv sunt afectate de o serie de fisuri și accidente
tectonice, acestea au de obicei caracteristici de rezistență mai mici decât cele determinate pe
cale de laborator.
Pentru a transpune proprietățile de rezistență determinate în laborator și pentru a
determina proprietățile masivului de rocă se va utiliza coeficientul de slăbire structurală.
Rezistența masivului de rocă depinde de eleme ntele structurale componente, de
compoziția mineralogică, de forma și așezarea particulelor, de modificările secundare ale
rocilor în diferite stadii ale metamorfismului și, în general, de caracteristicile de legătură create
în timp de fenomenele geologo -tectonice.
În laborator, roca se analizează la o scară mică comparativ cu scara la care se desfășoară
activitatea minieră. Ca urmare, rezistența masivului de rocă este mai mică decât rezistența
determinată în laborator. O asemenea modificare o poate reda coeficientul de slăbire structurală.
Acest coeficient se definește ca fiind raportul dintr e rezistența rocilor din masiv rM și rezistența
rocii determinată în laborator, rL, adică :
rLrM
sC
(3.29 )
În probleme legate de proiectare și verificare a st abilității se recomandă relația :
8 7 6 5 4 3 2 1 C C C C C C CC Cs s s s s s s s
(3.30 )
în care:
CS1-CS8 – parametrii care caracterizează masivul de rocă din punct de vedere structural
– textural.
Evaluarea coeficientului Cs în funcție de parametrii ce caracterizează structural –
textural masivul de rocă.
Tipul coeficientului parțial de slăbire structurală CS (i=1,2,3,4,5,6,7) și parametrii
geomecanici considerați:
‒ CS1 este c oeficientul parțial de slăbire structurală a rezistenței masivului datorat
intensității relative de fisurare. Intensitatea relativă de fisurare se exprimă prin
raportul dintre înălțimea H a blocului structural și dimensiunea medie l a lor. Se
constată că p entru valori ale raportului H/l > (12 -14), mărimea C S1 rămâne
aproximativ constantă, valoarea lui depinzând însă de rezistența la compresiune
a blocurilor structurale.
‒ Cs2 este c oeficientul parțial de slăbire structurală a rezistenței masivului datorat
influenței rezistențelor diferite ale rocilor din masiv.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 39
0
12
rc SrcM
SCC
(3.31 )
Diferențele de rezistență dintre blocurile structurale care alcătuiesc masivul
influențează în sensul că dacă în structura masivului intră blocuri structurale cu
rezistență redusă, aceasta se răsfrânge direct asupra rezistenței generale a
masivului. Cunoscând procentul n (%) în masiv de blocuri structurale cu
rezistență redusă, atunci rezistența masivului se determi nă cu relația :
0
10
10
1min min rc S rc S rc S rcM C Ca C
(3.32 )
unde: a – este coeficientul de rezistență diferită a blocurilor structurale,
determinat conform diagramei; C S1min – este coeficientul minim posibil de
reducere structurală; rc min – este rezistența la compresiune a blocurilor
structurale cu rezistență redusă.
‒ Cs3 este c oeficientul parțial de slăbire structurală a rezistenței masivului datorat
formei blocurilor. Forma blocurilor structurale componente ale masivului
influențează rezistența acestuia. Cantitativ, această influență se determină prin
CS3 stabilit pentru valoarea medie a unghiului format între cele două sisteme de
suprafețe de minimă rezistență conform nomogramei alăturate.
‒ Cs4 este c oeficientul parțial de slăbire structurală a rezistenței masivului datorat
inegalități i dintre dimensiunile liniare ale blocurilor structurale. Inegalitatea
dintre dimensiunile liniare ale blocurilor structurale influențează rezistența
masivului, în sensul că această rezistență depinde de raportul dintre dimensiunile
liniare ale blocurilor structurale măsurate pe verticală (h) și orizontală ( a),
mărimi ce se determină prin măsurători în zonele accesibile ale masivului situate
în același plan cu profilul pentru care calculează C S.
‒ Cs5 este c oeficientul de slăbire structurală a rezistenței mas ivului datorat
dispunerii în masiv a blocurilor structurale . Dispunerea în masiv a blocurilor
structurale dau acestuia un aspect de discontinuitate ce respectă o arhitectură
determinată de principalele sisteme de fisurație. Deplasarea s a blocurilor
struc turale din rândul superior spre spațiul excavat față de cele din rândul imediat
următor conduc la o corelație redată în nomograma alăturată. Când masivul este
afectat de ¾ sisteme de fisurație, C S3 = 1,00.
‒ Cs6 este Coeficientul parțial de slăbire structura lă a rezistenței masivului datorat
înclinării suprafețelor de discontinuitate (figurări, stratificații) . Înclinarea
suprafețelor de discon -tinuitate are și ea influență asupra rezistenței masivului.
În masiv aceste suprafețe pot fi, din punct de vedere al înclinării : discor -dante
și concordante cu suprafața liberă a masivului. Astfel: 1) când unghiul de
înclinare a acestor suprafețe ( ) este mai mare decât unghiul de frecare interioară
de pe supra -fețele de contact ( ), cedarea se produce după una din aceste
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 40
discontinuități, deci : ( > ’) și în calcule se vor lua valorile caracteristicilor
pe suprafețele de discontinuitate; 2) când căderea suprafețelor de discontinuitate
este concordantă cu suprafața laterală lib eră a masivului, dar este înclinată sub
un unghi ’, rezistența masivului variază conform nomogramei alăturate; 3
(căderea stratificației sau fisurilor spre masiv are următoarea influență: dacă
unghiul de înclinare este ’ curba 2 și dacă - ≤ ’ curba 3 de pe nomogramă.
‒ Cs7 este coeficientul parțial de slăbire structurală a rezistenței masivului datorat
procentului de fisuri concordante cu suprafața liberă a masivului. Procentul de
fisuri concordante cu suprafața laterală liberă a masivului influe nțează rezistența
acestuia, conform graficului alăturat. Practic, acest număr de fisuri n f [%] se
determină cu ajutorul diagramelor structurale. Numărul de măsurători fiind:
4 3,62 n N
(3.33 )
unde: n – este numărul sistemelor de fisurare ce afectează masivul (n > 3).
‒ Cs8 este coeficientul parțial de slăbire structurală a rezistenței masivului datorat
modificării față de normală a direcției tensiunii principale 1. Modificarea față
de normală a direcției tensiunii pr incipale 1 s-a constatat că în cazul ruperii
rocilor prin alunecare pe o suprafață curbilinie, coeficientul de slăbire structurală
a rezistenței masivului nu are valoare constantă deoarece se modifică și unghiul
de înclinare a suprafeței de alunecare. Pe porțiunea dreaptă a suprafeței de rupere
înclinată față de verticală cu
245v , direcția lui 1 este identică cu acțiunea
forței gravitaționale și deci pe această porțiune se neglijează, deoarece valoarea
lui C S8 = 1,00. Pentru următoarele zone ale suprafeței de alunecare, direcția lui
1 se modifică pentru fiecare porțiune de suprafață cu un unghi față de normală
egal cu 1 și care se calculează ca ± + 1.
Unde: 1 este creșterea medie a unghiului de înclinar e a suprafeței de alunecare
în raport cu zona dreaptă. Coeficientul C S6 modificat pentru fiecare unghi 1 =
± + 1 și care apoi se raportează la valoarea lui C S6, deci :
66
8
SS
SCmCC
(3.34 )
În cazul cel mai general, proprietățile mecanice și elastice ale masivului se vor
determina înmulțind coeficientul de slăbire structurală cu proprietatea determinată pe cale de
laborator. Astfel,V.V.Raiski recomandă:
‒ pentru roci care au 30 MPa rc 90 MPa și 3 m a 6 m
a Crc S 06,0 0002,0 35,0
(3.35 )
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 41
‒ pentru roci care au 90 MPa rc 180 MPa
1,0 00055,0 rc SC
(3.36 )
Valorile me dii ale coeficientului de slăbire structurală .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici elastice
Rezistența roci
din masiv,
rM [MPa ] Rezistența roci
determinată în
laborator,
rL [MPa ] Coeficientul de
slăbire
structurală,
Cs
1. Paragnais b iotito-
feldspatic 1,184 54,594 0,02168
2. Șist amfibolitic 1,579 72,850 0,02167
3.3. Simularea comportamentului masivelor de roci cu ajutorul programului RocData
Pentru simularea comportamentul ui masivului de roci din galeria de aducțiune
Livezeni -Murga s -a utilizat programul RocData , bazat pe criteriul de rupere Hoek -Brown.
Criteriul de r upere Hoek -Brown este în general acceptat, obținându -se rezultate satisfăcătoare .
Introducerea criteriului generalizat al lui Hoek -Brown oferă posibilitatea de a fi introduse atât
condițiile criteriului original cât și modificările acestuia, în funcție de parametrii geomecanici
și geologici ai masivelor de rocă.
Pentru estimarea rezistenței masivelor de rocă s -a introdus indicele GSI (Geological
Strength Index), care este valori în funcție de tipul de rocă pentru a înlocui neajunsurile indicel ui
RMR propus de Bieniawski . Indicele GSI permite gruparea masivului de rocă în șase categorii
în funcție de structura geologică (de la structură intactă la structură laminară).
Intrducerea indicelui GSI (Geological Strength Index)
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 42
Alături de indicele GSI a mai fost introdusă și rezistența de rupere la compres iune
monoaxială pe roci intacte , corespunzătoare fiecărei roci analizate.
Intrducerea rezistenței de rupere la compr esiune monoaxială
Pe baza tipurilor petrografice s-a ales valoarea constantei m. Diferențele între masivul
de rocă perturbat și cel neperturbat sunt estimate în criteriul de rupere Hoek -Brown din 2002
prin introducerea factorului de disturbanță D.
Intrducerea factorului de disturbanță D
Pe baza rez istenței de rupere la compresiune, a indicelui GSI, a constantei m
corespunzătoare fiecărui tip petrografic și a factorului de disturbanță D, s-a simulat
comportamentul masivelor pentru rocile analizate . Astfel s -au obținut parametri Hoek -Brown
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 43
(mb, s, a), parametrii Mohr -Coulomb, caracteristicile masei de rocă (σ rtm, σrcm, σcm, E m) și
modul de rupere (casant sau ductil).
Rezultatle simulărilor realizat e cu ajutorul programului RocData pentru fiecare tip de
rocă sunt prezentate mai jos :
pentru Paragnais biotito -feldspatic
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 44
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 45
Rezultate obținute prin simularea comportamentului masiv elor de roci cu programul RocData
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 46
pentru Șist amfibolic
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 47
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 48
Valori obținute prin simularea comportamentului masivelor de rocă cu programul RocData.
Nr.
crt. Denumirea
rocii Date de intrare
Rezistența
de rupere la
compresiune
a rocii
intacte
σci, [MPa] GSI
(Geological
Strength
Index) Constanta
mi Factorul de
disturbanță
D
1. Paragnais b iotito-
feldspatic 54,59 50 10 0,8
2. Șist amfibolitic 72,85 50 10 0,8
Valori obținute prin simularea comportamentului masivelor de rocă cu programul RocData.
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici obținute
Parametrii
Hoek -Brown Parametrii
Mohr -Coulomb
mb s a C
[MPa]
[]
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 0,510 0,0005 0,506 0,290 45,13
2. Șist
amfibolitic 0,510 0,0005 0,506 0,342 47,16
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 49
Valori obținute prin simularea comportamentului masivelor de rocă cu programul RocData.
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici obținute
Rezistența
la tracțiune
σrtm, [MPa] Rezistența la
compresiune
σrcm, [MPa] Rezistența
globală
σm, [MPa] Modulul de
deformare
Em, [MPa]
1. Paragnais b iotito-
feldspatic -0,05449 1,184 5,119 4433,27
2. Șist amfibolitic -0,073 1,579 6,831 5121,13
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 50
4. S TAREA PRIMARĂ ȘI SECUNDARĂ DE TENSIUNE ÎN MASIV
4.1. Starea primară de tensiune
Ipoteza lui Khun
Conform ipotezei lui P. Kuhn, într -un mediu elastic omogen și izotrop, o particulă
elementară de forma unui cub cu latura unitară care se găsește la adâncimea H, va fi supus la
compresiune de către greutatea stâlpului de rocă pe adâncimea H.
Tensiunea verticală este dată de relația:
z = a H (4.1)
Tensiunile laterale sunt date de relațiile:
z a y x H01
(
unde: σx este componenta orizontală a stării de tensiune, MPa;
σy – componenta verticală a stării de tensiune, MPa;
μ – coeficientul lui Poisson.
Tensiunile t angențiale se determină astfel:
121
2z
max
(4.3)
în care : τmax reprezintă te nsiunea maximă de frecare, MPa.
Valori utlizate pentru calculul stării primare de tensiune conform ipotezei lui Kuhn .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Date de intrare
Greutatea
volumetrică
a104, [N/m3] Adâncimea
H, [m ] Coeficientul lui
Poisson
1. Paragnais b iotito-
feldspatic 2,640 400 0,26
2. Șist amfibolitic 2,633 400 0,24
Valori obținute conform ipotezei lui Kuhn .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici obținute
Tensiunea
verticală
z, [MPa] Tensiunile laterale
σx = σy, [MPa] Tensiunile
tangențiale
max, [MPa]
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 51
1. Paragnais b iotito-
feldspatic 10,560 3,710 3,425
2. Șist amfibolitic 10,532 3,326 3,603
Ipoteza lui Fenner
Exprimă starea de tensiune pentru un masiv elastic, omogen și izotrop, în coordonate
polare ajungând la expresiile:
2 21 2cos) m(m) m(p
r
(4.4)
2 21 2cos) m(m) m(p
(4.5)
2sin)1 ()2 (
2mmp
r
(4.6)
unde:
H pa ;
σr – tensiunea radială, MPa;
σθ – tensiunea tangențială, MPa;
θ – unghi polar.
Valori utlizate pentru calculul stării primare de te nsiune conform ipotezei lui Fenner .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Date de intrare
Greutatea
volumetrică
a104, [N/m3] Adâncimea
H, [m ] Constanta lui
Poisson
m
1. Paragnais b iotito-
feldspatic 2,640 400 3,84
2. Șist amfibolitic 2,633 400 4,16
Valori ob ținute conform ipotezei lui Fenner .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici obținute
Tensiunea
verticală
p, [MPa] Tensiunea
radială
σr, [MPa] Tensiunea
tangențială
σ, [MPa] Tensiunea de
forfecare
r, [MPa]
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 10,560 3,710 10,560 0
2. Șist
amfibolitic 10,532 3,326 10,532 0
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 52
În acest caz, tensiunile tangențiale au valoarea maximă și egală cu component a vertical ă
a stării de tensiune, iar tensiunile de forfecare sunt nule.
4.2. Repartizarea tensiunilor în rocile din jurul lucării miniere executate în medii
elastice, omogene și izotrope
Ipoteza lui Fenner
Plecând de la problema orificiului circular executat într -o placă infinită, Fenner
stabilește în coordonate polare relațiile ce caracterizează starea secundară de tensiune în jurul
lucrări miniere orizontale, de forma:
23 4112
2 1 222
22
22 2
cos
ra
ra
mmp
ra r
mm p
r
(4.7)
23112
2 1 244
22 2
cos
ra
mmp
ra r
mm p
(4.8)
23 2112
244
22
sin
ra
ra
mmp
r
(4.9)
Aceste relații corespund relațiilor inițiale pentru r .
Tensiunile principale max; min; max pot fi ca lculate cu următoarele relații:
2 2421
2rr max
min
(4.10)
2 2421
rmax
min
(4.11)
Din analiza tensiunilor în jurul lucrărilor miniere orizontale se constată că:
‒ în tavanul și vatra lucrărilor miniere apar tensiuni de tracțiune;
‒ în pereții laterali apar concent rări de tensiuni de compresiune;
‒ în cazul lucrărilor de formă circulară, pereții sunt supuși, de asemene, tensiunilor
de compresiune, aceste tensiuni fiind maxime la extremitățile axei orizontale.
Cele mai expuse din punct de vedere al rezistenței și stabilității sunt porțiunile din
perimetrul secțiunii lucrării subterane supuse la tensiuni de tracțiune și forfecare.
Pentru ca lucrarea minieră să fie stabilă trebuie satisfăcute relațiile:
cmax
(4.12)
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 53
t aH121
3 1 (4.13)
f a max H121
21
23 1
(4.14)
Valori utlizate pentru calculul stării secundare de tensiune conform ipotezei lui Fenner .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Date de intrare
Greutatea
volumetrică
a104,
[N/m3] Adâncimea
H [m ] Constanta
lui Poisson
m Raza
lucrări
miniere
a [m] Raza polară
r [m]
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 2,640 400 3,84 1,15 1,15
2. Șist
amfibolitic 2,633 400 4,16 1,15 1,15
Valori obținute conform ipotezei lui Fenner, pentru cazul când r = a .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici obținute
Tensiunea
verticală
p [MPa] Tensiunea
radială
σr [MPa] Tensiunea
tangențială
σ [MPa] Tensiunea de
forfecare
[MPa]
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 10,560 2,503 11,087 0
2. Șist
amfibolitic 10,532 2,633 10,506 0
Valori obținute pentru tensiunile principale max, min și max.
Nr.
crt. Denumirea
rocii Caracteristici obținute
max [MPa] min [MPa] max
[MPa]
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 11,087 2,503 4,292
2. Șist
amfibolitic 10,506 2,633 3,936
Valori obțin ute pentru determinarea stabilității.
Denumirea Caracteristici obținute
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 54
Nr.
crt. rocii
1 – 3
[MPa] max
[MPa]
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 6,850 3,425
2. Șist
amfibolitic 7,206 3,603
Deoarece valorile determinate și prezentate în tabelele de mai sus, nu depășesc
rezistențele mecanice ale rocilor analizate din perimetrul Livezeni – Murga , lucrarea minieră cu
profil cir cular este stabilă.
4.3. Modelarea prin elemente finite cu ajutorul programului Phase 2
Programul Phase 2 este un program comp uterizat destinat excavațiilor subterane, el
făcând parte din grupa de programe Rocscience , acestea ocupând unul din primele locuri în
cadrul programelor de modelare cu element finit a structurilor subterane.
Pentru mode larea s-au introdus datele legate de proprietățile geomecanice ale rocii, iar
criteriul de rup ere ales pentru rocile din perimetrul galeriei de aducțiune Livezeni -Murga este
modelul Hoek -Brown generalizat.
Pentru simularea comportamentului masivului de roci s -a utilizat un softwhere bazat pe
acest criteriu de rupere generalizat Hoek -Brown apărut în 1980, suferind treptat modificări
complectări și îmbunătățiri (1983, 198 8, 1992, 1994, 2002 și 2006) pe care acest soft le -a
preluat.
Criteriul generaliz at Hoek – Brown , dă posibilitatea sa fie încorporate atât condițiile
criteriului original cât și modificarile aduse acestui criteriu, ținâd seama de parametri geometrici
și geologici ai masivului. Pentru estimarea rezistenței masivului roci a fost introdus indicele
GSI (Geological Strength Index) care acoperă neajunsurile indicelui RMR propus de
Bieniawski. Acest indice ne permite să grupăm masivul de rocă în categorii în funcție de
structura geologică, de la structura intactă a masivului până la structura laminară și în acelaș
timp ț inând seama de caracterizarea disc ontinuităților masivului de roci.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 55
Introdu cerea datelor referitoare la roca în care se execută lucrarea subterană
În urma introducerii datelor în sistemul specific programului, se va cere prin comanda
”compute” interpretarea datelor. În urma interpretării, programul ne va reda distribiția
tensiunilor pe conturul lucrării, deplasarile verticale, orizontale ș i totale ale rocii pe conturul
lucrării.
Pentru interpretarea datelor , se poate observa în figurile de mai jos, manifestarea
tensiunilor σ1, σ3, σz, deplasările orizontale și verticale pentru galeria cu profil circular săpată în
roci de tipul paragnaiselor biotito -feldspatice și a șisturilor amfibolice.
Modul de r epartizare a tensiunilor , pentru segmentul de galerie cu profil circular, săpat
în roci de tipul paragnaiselor biotito -feldsp atice este prezentat mai jos.
Săparea galeriei în roci de tipul paragnaiselor biotito -feldspatice
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 56
Manifestarea tensiunii σ1 pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul
paragnaiselor biotito -feldspatice
Manifestarea tensiunii σ3 pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul
paragnaiselor biotito -feldspatice
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 57
Manifestarea tensiunii σz pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul
paragnaiselor biotito -feldspatice
Manifestarea tensiunii σ xx, pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul
paragnaiselor biotito -feldspatice
Manifestarea tensiunii σ yy, pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul
paragnaiselor biotito -feldspatice
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 58
xy,, pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul paragnaiselor biotito –
feldspatice
Deviatorul tensorului de tensiune
Teniunea medie
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 59
Deplasările orizontale pe conturul lucrării miniere
Deplasările verticale pe conturul lucrării miniere
Deplasările totale
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 60
Modul de fisurare a masei de rocă
Modul de r epartizare a tensiunilor, pentru segmentul de galerie cu profil circular, săpat
în roci de tipul șisturilor amfibolice este prezentat mai jos.
Săparea galeriei în roci de tipul șist urilor amfibolitic e
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 61
Manifestarea tensiunii σ 1 pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul
șisturilor amfibolice
Manifestarea tensiunii σ 3 pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul
șisturilor amfibolice
Manifestarea tensiunii σ z pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul
șisturilor amfibolice
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 62
Manifestarea tensiunii σ xx, pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul
șisturilor amfibolice
Manifestarea tensiunii σ yy,, pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul
șisturilor amfibolice
xy,, pentru galeria cu secțiune circulară, săpată în roci de tipul șisturilor amfibolice
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 63
Deviatorul tensorului de tensiune
Teniunea medie
Deplasările orizontale pe conturul lucrării miniere
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 64
Deplasările verticale pe conturul lucrării miniere
Deplasările totale
Modul de fisurare a masei de rocă
Se observă că în cazul galeriei circulare tensiunile se repartizează uniform pe conturul
lucrării. Acest lucru este foarte important pentru durata de viață a galeriei.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 65
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 66
5.PRESIUNEA MINIERĂ
Presiunea minieră reprezintă totalitatea acțiunilor generate de redistribuirea stării
naturale de tensiune din masivul de rocă deranjat în urma executării excavațiil or sau a
construcțiilor miniere, acțiuni ce au drept consecință producerea de deplasări și deformări ale
rocilor înconjurătoare și ale susținerii. O asemenea manifestare a acțiunilor generate de
redistribuirea stării naturale de tensiune poate fi denumită presiune minieră primară în perioada
care urmează imediat după executarea construcției sau a excavației miniere și presiune minieră
secundară, mai mult sau mai puțin, stabilizată la un anumit interval de timp după terminarea
executării acestora și în funcț ie de asigurarea corectă a interacțiunii dintre lucrare și susținere .
5.1. Presiunea minieră asupra tavanului lucrărilor miniere orizontale
Ipoteaza de presiune a lui K. Culman
Această ipoteză de presiune se bazează pe teoria împingerii, K.Culman ajunge la
concluzia că presiunea maximă asupra unei lucrări este dată de presiunea din tavanul ei și ea
depinde de grosimea rocilor acoperitoare și de rezistența acestora.
H Pa v
(5.1)
Valori obținute conform ipotezei lui R. Culman .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Date de intrare Caracteristici obținute
Greutatea
volumetrică
a104, [N/m3] Adâncimea
H, [m ] Presiune minieră,
Pv [MPa ]
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 2,640 400 10,560
2. Șist
amfibolitic 2,633 400 10,532
Ipoteaza de presiune a lui A. Heim
Ipoteza de presiune a lui A. Heim completeză ideea lui Culman, arătând că
pe lângă tensiunile care creează presiunea litostatică:
H Pa v v
(5.2)
asupra lucrărilor miniere orizontale se manifestă și o presiune ca rezultat al tensiunilor
remanente sau reziduale. Această sumă de presiuni, denumită presiune litostatică mărită, la
adâncime transformă masa de rocă într -o masă cu plasticitate latentă, care de m ulte ori se poate
manifesta în egală măsură în toate direcțiile, o acțiune hidrostatică. Ipoteza este parțial eronată.
Cu toate acestea, prezintă importanță prin faptul că atrage atenția asupra presiunilor de natură
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 67
geologică, create de tensiunile rezidual e a căror acțiune într -adevăr modifică și mărește efectul
presiunii miniere.
Valori obținute conform ipotezei lui A. Heim .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Date de intrare Caracteristici obținute
Greutatea
volumetrică
a104, [N/m3] Adâncimea
H, [m ] Presiune minieră,
v [MPa ]
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 2,640 400 10,560
2. Șist
amfibolitic 2,633 400 10,532
Ipoteza de presiune a lui M.M. Protodiakonov
Această ipoteză se fundamentează în mod similar pe determinarea bolții de echilibru
natural a masei de rocă situată deasupra lucărilor miniere. Ipoteza, care se bucură de o largă
popularitate în practica minieră, poate fi foarte bine folosită, dar numai în anumite limite.
În abordarea ipotezei, Protodiakonov presupune dezvoltarea unei bolți de echilibru
natural deasupra excavației
Acțiunea sarcinii asupra tavanului unei lucrări miniere este deci greutatea masei de rocă
mărginită de o parabolă, iar suprafața parabolei este:
ab Sp 232
(5.6)
iar sarcina pe unitatea de lungime:
ab Pa v34 (5.7)
Pentru durate mari de serviciu ale lucrărilor miniere:
fab2
(5.8)
Valori obținute conform ipotezei lui M.M. Protodiakonov .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Date de intrare Caracteristici obținute
Greutatea
volumetrică,
a104
[N/m3] Raza
galeriei,
a [m] Coeficientul
lui
Protodiakonov
f Înălțimea
maximă
a bolții
de
presiune, Presiune
minieră,
Pv
[MPa] Suprafața
parabolei,
Sp [m2]
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 68
b [m]
1. Paragnais
biotito –
feldspatic 2,640 1,15 5,45 0,422 0,017 0,647
2. Șist
amfibolitic 2,633 1,15 7,28 0,316 0,013 0,484
5.2. Presiunea minieră din pereții laterali
Ipoteza presiunii laterale a lui K.V. Terzaghi
Această ipoteză, în cazul rocilor stâncoase și semistâncoase, estimează presiunea
laterală ca find data de coeficientul împingerii laterale stabilit pe baza coeficientului lui Poisson.
H Pa lv 1
(5.9)
Valori utlizate și obținute pentru calculul presiunii laterale conform ipotezei lui Terzaghi .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Date de intrare Caracteristici
obținute
Greutatea
volumetrică
a104, [N/m3] Adâncimea
H, [m ] Coeficientul
lui Poisson
Presiunea laterală
Pv, [MPa]
1. Paragnais
biotito-
feldspatic 2,640 400 0,26 3,710
2. Șist
amfibolitic 2,633 400 0,24 3,326
Ipoteza presiunii laterale a lui M.M. Protodiakonov
Se bazează pe presupunerea că deasupra tavanului și lateral se formează o boltă de
echilibru natural. Valoarea presiunii laterale totale este:
h tghtgatgh Pa l21
24534
2452
o o
(5.10)
Valori utlizate calculul presiunii laterale conform ipotezei lui M.M. Protodiakonov .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Date de intrare
Greutatea
volumetrică,
a104 [N/m3] Raza galeriei,
a [m] Înălțimea lucrări
miniere, h [m] Unghiul de
frecare
interioară,
[]
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 69
1. Paragnais
biotito –
feldspatic 2,640 1,15 2,3 47,537
2. Șist
amfibolitic 2,633 1,15 2,3 48,313
Valori obținute conform ipotezei lui M.M. Protodiakonov .
Nr. crt. Denumirea
rocii Caracteristici obținute
Presiune minieră,
Pl [MPa]
1. Paragnais biotito –
feldspatic 2,830
2. Șist amfibolitic 2,828
Ipoteza presiunii laterale a lui Engesser
Această ipoteză presupune următoarele relații de calcul al presiunii laterale:
‒ la nivelul tavanului:
24561
21
245 22 2 o otg tg ctg tg a Pa lt
(5.11)
‒ la nivelul vetrei:
2452otgh P Pa lt lv
(5.12)
Valori utlizate pentru calculul stării presiunii laterale conform ipotezei lui Engesser .
Nr.
crt. Denumirea
rocii Date de intrare
Greutatea
volumetrică,
a104 [N/m3] Deschiderea,
2a [m] Unghiul de frecare
interioară,
[]
1. Paragnais biotito –
feldspatic 2,640 2,30 47,537
2. Șist amfibolitic 2,633 2,30 48,313
Valori obținute conform ipotezei lui Engesser .
Nr. crt. Denumirea
rocii Caracteristici obținute
Presiunea laterală la nivelul
tavanului ,
Plt [MPa ] Presiunea laterală la nivelul
vetrei ,
Plv [MPa ]
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 70
1. Paragnais biotito –
feldspatic 0,03168 0,04084
2. Șist amfibolitic 0,03103 0,03981
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 71
6. CONCLUZII
Aducțiunea Livezeni – Murga este amplasată pe malul drept al Jiului, între albia minoră
a râului și DN 66, în aval de barajul Livezeni care este amplasat la 1,1 Km față de confluența
Jiului de Est cu Jiul de Vest.
Din punct de vedere morfologic, aducțiunea va străbat e o zonă muntoasă, cu creste
înalte și văi înguste și adânci, aparținând masivului Vâlcan.
Galeria subtraversează următorii afluenți mai importanți ai Jiului: Ploștina Murgii,
Murga Mică, Murga Mare .
În zonele de subtraversare, galeria are acoperiri cupri nse între 20 – 400 m.
Seria de Drăgșan, este reprezentată prin șisturi amfibolice, amfibolite, metadiorite,
metagabrouri, cu intercalații șistoase, precum și șisturi amfibolice cloritoase.
Formațiunile geologice ce sunt străbătute de aducțiune, apar țin seriei de Drăgșan, care
fac parte din cadrul unității structurale al Domeniului Danubian.
În cazul stări primare de tensiune masivul de roci nederanjat prin exacavații, repartizarea
tensiunilor într -un mediu elastic este următoarea:
‒ tensiunile tangențiale au valoarea maximăși egală cu componenta verticală a
stării de tensiune;
‒ tensiunile de forfecare sunt nule.
Prin noțiune de stabilitate se înțelege o asemenea stare a sistemului, care menține un
echilibru stabil al acestui sistem cu păstrarea secțiunii de lucru a excavației subterane pe timpul
folosiri acesteia. Eval uarea stabilități s -a efectuat pe baza calculului stări de tensiune a rocilor
din jurul lucrărilor subterane în medii elastic, omogene și izotrope , precum și prin modelare cu
elemente finite cu ajutorul programului Phase2 .
Tensiunea în jurul lucrărilor minie re s-a calculat cu aj utorul ipotezei Fenner ce pleacă
de la observarea în natură și studierea coordonatelor polare ale echilibrului unui punct material
aflat la distanța r de centrul axelor de coordonate și orientat față de acestea sub un unghi „ ”.
Din analiza tensiunilor în ju rul lucrării miniere orizontale se constată că:
‒ în tavanul și vatra lucrărilor miniere apar tensiuni de tracțiune;
‒ în pereții laterali apar concent rări de tensiuni de compresiune;
‒ în cazul lucrărilor de formă circulară, pereții sunt supuși, de asemene, tensiunilor
de compresiune, aceste tensiuni fiind maxime la extremitățile axei orizontale.
Cele mai expuse din punct de vedere al rezistenței și stabilității sunt porțiun ile din
perimetrul secțiunii lucrării subterane supuse la tensiuni de tracțiune și forfecare.
Deoarece valorile tensiunilor principale și de forfecare nu depășesc rezistențele
mecanice ale rocilor analizate din perimetrul Livezeni – Murga, lucrarea minieră cu profil
circular este stabilă.
Este de remarcat că rocile au comporta ment preponderent elastic , tensiuni le nu depășesc
ca valoare rezistențele de rupere, deci nu apar zone cu un comportament plastic sau clastic .
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 72
În urma simulărilor realizate cu ajutorul programului Phase2, se poate observ a că în
cazul galeriei circulare tensiunile se repartizează uniform pe conturul lucrării. Acest lucru este
foarte important pentru durata de viață a galeriei.
Având în vedere că aducțiunea străbate roci cu diferi te caracteristici geomecanice s -a
adopt at o susținere cu secțiune circulară realizată din beton monolit.
FACULTATEA DE MINE Proiect de Disertație
Page 73
Bibliografie
1. Bîlă, M., Popa, Ghe., Ion, M., Construcții hidrotehnice subterane vol.I, Ed. Tehnică,
București, 1980;
2. Danciu, C., Buia, G., Geomecanică, Ed. Universitas, Petroșani, 2016;
3. Florea, M.N., Mecanica rocilor, Ed. Tehnică, București, 1983;
4. Grigore, M., Defileuri, chei și văi de tip canion în România, Ed. Științifică și Enciclopedică,
București, 1989;
5. Hirian, C., Mecanica rocilor, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1980;
6. Mutihac, V., Strctura geologică a teritoriului României, Ed. Tehnică, București, 1990;
7. Popescu, Al., Todorescu, A., Mecanica rocilor, Ed. Tehnică, București, 1982;
8. Stamatiu, M., Mecanica rocilor, Ed. Didactică și Pedagogică, B ucurești, 1962;
9. Stematiu, D., Mecanica rocilor pentru constructori, Ed. Conpress, București, 2008;
10. Todorescu, A., Proprietățile rocilor, Ed. Tehnică, București, 1984;
11. Todorescu, A., Gaiducov, V., Presiunea minieră vol. I, Ed. Tehnică, București, 1995;
12. LEGEA Nr. 575 din 22 octombrie 2001 privind aprobarea Planului de amenajare a
teritoriului național – Secțiunea a V -a – Zone de risc natural, Publicatã în: Monitorul Oficial
Nr. 726 din 14 noiembrie 2001;
13. I.S.P.H., Proiecte de cercetare.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Studiul regimului de presiune în galeri a [620919] (ID: 620919)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.