GEOTEHNIČKO MODELIRANJE TERENA BRANE SVETA PETKA PRIMENOM GEOFIZIČKIH I GEOTEHNIČKIH METODA

Transcription

1 GEOTEHNIČKO MODELIRANJE TERENA BRANE SVETA PETKA PRIMENOM GEOFIZIČKIH I GEOTEHNIČKIH METODA Zlatko Ilijovski *, Milorad Jovanovski **, Aco Velevski * ** Građevinski Institut Makedonija, a.d. Skopje ** Univerzitet Sv. Kiril i Metodij Skopje, Građevinski fakultet REZIME U ovom referatu prikazan je pristup koji je primenjen za inženjersko-geološko modeliranje profila pregradnog mesta lučne brane Sveta Petka na reci Treska, R. Makedonija. Prikazan je deo rezultata dobijen istražnim radovima, kao i inženjersko-geološki preseci (IGP), inženjersko-geološki modeli (IGM) i geotehnički model (GM) pregradnog mesta. Data je analiza nekih od mnogobrojnih korelacionih veza između istraživanih parametara potrebnih za definiranje mehaničkog ponašanja stenske mase, kvaliteta stenske mase i dr. Rezultati su upoređeni sa poznatim korelacionim vezama za karbonatne stene za prostore bivše SFRJ, u cilju da se utvrdi stepen saglasnosti i odstupanja. Dat je osvrt primenljivosti prikazane metodologije za potrebe modeliranja i kod drugih inženjerskih objekata. KLJUČNE REČI: Inženjersko-geološki model, modeliranje, interpolacija, korelacione veze, brana GEOTECHNICAL MODELING OF THE TERRAIN FOR THE DAM SVETA PETKA WITH APPLICATION OF GEOPHYSICAL AND GEOTECHNICAL METHODS ABSTRACT This paper presents an approach used in a phase of the engineering geological modeling on a profile for arch dam Sveta Petka on the river Treska, R. Makedonija. The part of the results obtained with the exploration works, as well as the engineering geological cross sections, engineering geological models and geotechnical model are present. Also, the analysis of the some correlative relations between the investigative parameters requisite for defining of the mechanical behavior of the rock mass, the quality of the rock mass, etc. are given. The results are compared with known correlative relations for the carbonate rocks at the ex SFRJ region, for ratification of the degree of compatibility and variation. Application of the showed methodology for the modeling of other engineering facilities is also given. KEYWORDS: Engineering geological model, modeling, interpolation, correlative relations, dam site

2 UVOD U dolini reke Treske, na oko 7 km uzvodno od postojeće betonske lučne brane Matka, predviđena je izgradnja brane Sveta Petka, kao druga faza posle izgradnje HEC Kozjak, ciljem maksimalno iskorišćenje hidropotencijala reke. Saglasno izvedenim istražnim radovima i projektnim analizama izabran je tip lučne betonske brane sa sledećim osnovnim karakteristikama: kota krune brane: mnv maksimalno nivo vode: mnv konstruktivna visina: m geodetska visina: m ukupna zapremina akumulacije: m 3 korisna zapremina: m 3 mrtav prostor: m 3 Za definiranje potrebnih geoloških i geotehničkih uslova koji su značajni za projektovanje brane, izvedeni su detaljni geološki, hidrogeološki, geofizički i geotehnički istražni radovi u zoni pregradnog profila, akumulacionog prostora, kao i šireg regiona. OSNOVNE GEOLOŠKE KARAKTERISTIKE Istraživanjem je konstatovano da je leva obala pregradnog mesta izgrađena od sivo-belih masivnih mermera (M) rifej-kambrijske starosti. Kroz ove mermere javljaju se tanke serije izgrađene od raznovrsnih škriljaca (slika 1). Dno osovine brane je smešteno u korito reke Treske. Prema levoj obali, rečno korito je ispunjeno aluvijalnim rečnim nanosom, t.j. deluvijalno-siparišnim nanosom prema desnoj obali reke. Aluvijalni nanos je izgrađen od razno granuliranih peskova i šljunkova i na ovaj deo terena njegova debeljina iznosi m. Ispod spomenutih kvarternih sedimenata, u dnu rečnog korita registrovani su isti masivni sivo-beli mermeri (M), kao i na levoj strani pregradnog profila. Desna strana osovine brane smeštena je u masivnim do slabo uškriljenim kalcitskih, ređe kalcitskodolomitskih mermera sa malo liskuna (M ) prekambrijske starosti tektonski blok D 2. Za razliku od mermera na levoj strani (M), ovi mermeri (M ) odlikuju se intenzivnijom tektonskom oštečenošću. METODOLOGIJA MODELIRANJA TERENA Ovde su prikazani konkretni primeri izrađenih inženjersko-geoloških modela brane Sveta Petka prema različitim parametrima, kao najreprezentativniji prikaz ekstrapoliranih parametara. Aktuelnim istraživanjima i ispitivanjima dobijeni su mnogobrojni podatci koji su analizirani na način koji omogućava kombiniranje poznate metodologije (Kujundžić, 1973) izrade inženjersko-geoloških preseka (IGP) i modela (IGM), sa primenom matematičkih regresionih modela. Na ovaj način omogučeno je spajanje i lakša ekstrapolacija parametara na celom istražnom području koje je od interesa za analizu interakcije sistema objekat stenska masa. U fazi modeliranja pošlo se od pristupa od šireg ka manjeg područja, dok ekstrapolacija parametara je vršena za svaki strukturni blok zasebno, imajući u vidu strukturno-tektonske karakteristike terena. Inženjersko-geološki model (IGM) prema parametru ispucalosti Detaljnom analizom parametara stepena i stanja ispucalosti, konstruisan je inženjersko-geološki model prema parametru ispucalosti. Pri formiranju modela korišćen je interpolacioni metod, pomoću kojeg je omogućeno da za bilo koju tačku u vertikalnom preseku, definisanom parom koordinata (X i Y ), dobije vrednost parametra ispucalosti. Za ovu namenu, kao osnovni, usvojen je RQD parametar, koji je u

3 korelaciji sa srednjim međupukotinskim rastojanjem za svaki izdvojeni strukturni blok u području pregradnog mesta. Kao interpolacione tačke glavno su korišćeni podatci istražnih bušotina i galerija. Slika 1. Strukturno-tektonska karta pregradnog mesta Sveta Petka. Figure 1. Structural-tectonic map of the dam site Sveta Petka.

4 Treba napomenuti da po celoj dužini rasednih zona, dodeljivani su RQD vrednosti identične kao i za oslabljene zone definisane bušotinama i galerijama. Ovo je napravljeno ciljem istaći linijski efekat raseda koji bi se izgubio klasičnom interpolacijom. Na slici 2 dat je izolinijski prikaz raspodele RQD parametara, dopunjen regresionom vezom za svaki osnovni blok između RQD i srednje dimenzije bloka Ls. Kategorizacija određenih zona izvršena je prema D. Deere, pri čemu je omogućena brza transformacija parametara dovoljnom tačnošću za inženjerske analize. Analizom modela, može se istaći sledeće: U zoni pregradnog mesta preovladavaju klase dobre do vrlo dobre stene (najčešće RQD > 75%, a vrlo često i RQD = %; U površinskim zonama i oko raseda javljaju se zone sa RQD = 50 75%; Na desnoj obali, zone koje su povezane sa rasedima imaju RQD < 50%. Slika 2. Inženjersko-geološki model (IGM) pregradnog mesta prema parametru ispucalosti. Figure 2. Engineering-geological model of the dam site according to the degree of fracturation.

5 Od inženjersko-geološkog modela prikazan na slici 2, može se konstatovati da prema parametru ispucalosti postoji određena nesimetrija i nehomogenost za obe strane pregradnog mesta, što je u skladu sa tektonskim uslovima prostora. Ovakvo stanje svakako ima uticaj i na druge parametre od značaja za proektovanje. Inženjersko-geološki model (IGM) prema parametru kvaliteta stenske mase (RMR) Imajući u vidu da postoji veliki broj ulaznih podataka za definisanje kvaliteta strenske mase, u ovom slučaju je konstruisan specifičan inženjersko-geološki model prema parametru kvaliteta stenske mase (slika 3). Za njegovu konstrukciju korišćen je interpolacioni metod po sličnoj logici kao kod modela prema parametru ispucalosti. Izoliniski prikaz je dopunjen regresionom vezom između rejtinga stenske mase prema Bieniawski (RMR-sistem) i indeksa kvaliteta stene Q prema Barton i dr. Slika 3. Inženjersko-geološki model (IGM) pregradnog mesta prema kvalitetu stenske mase (RMR). Figure 3. Engineering-geological model of the dam site according to the Rock Mass Rating (RMR).

6 Može se istaći sledeće: U zoni pregradnog mesta preovladava III klasa povoljna stena (RMR = 40 60), ali vrlo često javlja se i II klasa dobra stena (RMR = 60 70); U površinskim zonama i oko raseda javljaju se zone sa RMR = (IV klasa). I kod ovog modela može se konstatovati određena nesimetrija i nehomogenost pregradnog mesta, što je u skladu sa litoloških i tektonskih uslova prostora. Ovaj model, pored ostalog, iskorišćen je za formiranje modela prema parametru deformabilnosti. Inženjersko-geološki model (IGM) prema parametru brzina longitudinalnih elastičnih talasa Na slici 4 prikazan je model prema parametru brzina prostiranja longitudinalnih elastičnih talasa, gde su izdvojene više kvazihomogene zone. Ovaj model, pored modela prema parametru kvaliteta stenske mase, bio je osnova za formiranje modela prema parametru deformabilnosti. Slika 4. Inženjersko-geološki model (IGM) pregradnog mesta prema parametru brzina elastičnih talasa. Figure 4. Engineering-geological model of the dam site according to the velocities of the elastic waves.

7 Analizom ovog modela može se istaći sledeće: Povečanje brzine longitudinalnih elastičnih talasa po vertikali, polazeći od površine terena prema dubini stenske mase; Odstupanje od gornje konstatacije u području bušotine DB 1 na koti 330, u nivou istražne galerije GL 1. Smanjenje vrednosti brzina na ovaj deo prostora rezultat je tektonske oštećenosti stenske mase, kao i moguća karstifikacija; Malo bolji kvalitet stenske mase levog boka u odnosu na desni, malo veće brzine elastičnih talasa i blaga asimetrija; Vrlo dobar kvalitet stenske mase u centralnom delu profila, u zoni rečnog korita, ispod kote 300; Tendencija izduženosti izolinija brzina elastičnih talasa na desnom boku između bušotina DB 10 i DB 5, koja može da bude u većoj ili manjoj meri u vezi sa izdvojenih raseda; Inženjersko-geološki model (IGM) prema parametru deformabilnosti Ovaj model je prikazan na slici 5 gde su izdvojene šest kvazihomogene zone. Primenjena gradacija parametara je na osnovi konstairanog dijapazona Vp talasa, dok za odgovarajuće zone, prema uspostavljenim korelacionim vezama, ekstrapolirani su veličine za statičke module deformabilnosti i elastičnosti pri pritisku (D i E), statičke module deformacije pri smicanju (D s ), kohezija stenskog masiva (c m ), kao i ugao unutrašnjeg trenja masiva ( m ). Dijapazone veličina za pojedine kvazihomogene zone date su u sledećoj tabeli. Tabela 1. Zoniranje prema parametrima brzina elastičnih talasa i deformabilnosti masiva. Table 1. Zoning according to the velocities of elastic waves and deformability of the massif. Zona V p [m/s] Modul deformacije pri pritisku D [MPa] Modul elastičnosti pri pritisku E [MPa] Modul deformacije pri smicanju D s [MPa] Dinamički modul elastičnosti E dyn [MPa] Prema tome, mogu se istaći sledeće stvari vezane za ovaj model: Najniže vrednosti parametara (zona 1) registrovani su kod rasednih zona i površinskih delova; Počevši od površine terena prema bokovima, primećuje se generalno povećanje vrednosti parametara deformabilnosti i čvrstoće smicanja; Na određena mesta mogu se registrovati odstupanja od prethodnih konstatacija, kao rezultat tektonske oštećenosti stenske mase; Nešto bolji kvalitet i homogenija raspodela parametara primećuje se na levom boku u odnosu na desni, sa blagom izraženom asimetrijom; U zoni fundiranja brane najčešće su zastupljene zone sa brzinama oko m/s, što prema uspostavljenih korelacija je analogno sredini sa modulom deformacije D = MPa (srednje oko D = MPa).

8 Slika 5. Inženjersko-geološki model (IGM) pregradnog mesta prema parametru deformabilnosti. Figure 5. Engineering-geological model of the dam site according to the deformability parameter. Korelacione veze između brzine prostiranja elastičnih talasa i statičkih i dinamičkih veličina, kao i korelaciona veza između statičkih modula deformacije i elastičnosti dati su sledećim relacijama: Vp D ; R 2 = Vp E ; R 2 = Vp E ; R 2 = dyn D E ; R 2 = 0.910

9 Inženjersko-geološki model prema parametru deformabilnosti je osnova za naponsko-deformacijske analize koje slede u fazi projektovanja. Geotehnički model pregradnog mesta Na slici 6 dato je inženjersko-geološko viđenje vezano za geotehničke intervencije koje su potrebne u fazi izgradnje brane, ciljem njezinog efikasnog i sigurnog eksploatisanja. Naime, na slici je prikazan t.z. geotehnički model, gde su izdvojene sledeće zone za geotehničke intervencije: Zona iskopa (fundiranja); Zona konsolidacionog injektiranja i Zona zaptivnog injektiranja. Zona iskopa u sredini profila diktirana je i od rečnog nanosa (koji treba delumno odstraniti), čime bi se trebalo obezbediti fundiranje u osnovnoj steni od minimum 10 m. Zona konsolidacionog injektiranja predviđa se generalno da bude oko 15 m ispod kote iskopa. Granica zone zaptivnog injektiranja je data na osnovi rezultata ispitivanja vodopropusnosti, tektonske građe terena (sklop), kao i lokalna zastupljenost kaverna oko rasednih zona (utvrđeno kod istražne bušotine DRP 2). U ovom kontekstu, kod zone zaptivnog injektiranja predložena je nešto dublja zavesa u delu rasedne strukture koja deli blokove L 2 i D 2 i koja generalno je markirana bušotinom PS 4. Slika 6. Geotehnički model (GM) pregradnog mesta brane Sveta Petka. Figure 6. Geotechnical model the dam site Sveta Petka.

10 UPOREĐENJE REZULTATA SA POSTOJEĆIM ISPITIVANJIMA Zbog specifičnosti geološke građe terena, ciljem uporediti rezultate sa dosadašnjim ispitivanjima deformabilnosti u karbonatnim kompleksima, na slikama 7, 8 i 9 prikazane su krive dobijene od aktuelnih ispitivanja za branu Sveta Petka. Ove krive su upoređene sa poznatim korelacionim veza prema Kujundžić i Petrović [10]. Generalno, postoji vrlo dobra usaglašenost rezultata, koji u nijednom slučaju ne prelaze zonu gornje granične krive prema Kujundžić i Petrović. Pojavljuju se određene razlike koje su logične i očekivane ogledom različitih strukturno-tektonskih konkretnih odnosa za svaki istraživan lokalitet. Ovo ukazuje da programirani i izvršeni radovi na konkretan i realan način prikazuju stvarno stanje deformabilnih karakteristika stenskih masa istraživanog područja. Donja i gornja granična kriva prema Kujundžić i Petrović za karbonatne stene Srednja kriva korelacione veze D = f(vp): D = Vp za karbonatne stene prema Kujundžić i Petrović [10] Korelaciona veza D = f(vp): D = Vp (Vp izraženo u m/s) za pregradno mesto Sveta Petka Slika 7. Uporedna analiza korelacione veze D = f(vp) za karbonatne stene. Figure 7. Comparative analysis of the correlative relation D = f(vp) for the carbonate rocks.

11 Donja i gornja granična kriva prema Kujundžić i Petrović za karbonatne stene Srednja kriva korelacione veze E = f(vp): E = Vp za karbonatne stene prema Kujundžić i Petrović [10] Korelaciona veza E = f(vp): E = Vp (Vp izraženo u m/s) za pregradno mesto Sveta Petka Slika 8. Uporedna analiza korelacione veze E = f(vp) za karbonatne stene. Figure 8. Comparative analysis of the correlative relation E = f(vp) for the carbonate rocks. Korelaciona veza D = f(e): D = E za karbonatne stene prema Kujundžić i Petrović [10] Korelaciona veza D = f(e): D = E za pregradno mesto Sveta Petka Slika 9. Uporedna analiza korelacione veze D = f(e) za karbonatne stene. Figure 9. Comparative analysis of the correlative relation D = f(e) for the carbonate rocks.

12 ZAKLJUČAK Metodologija inženjersko-geološkog modeliranja sredine je dokazan metod za prikaz rezultata istraženih karakteristika i stanja stenskih masa, koji su od interesa za projektovanje kod velikih brana. Na osnovu analize rezultata dobijenim detaljnim geološkim i geotehničkim istraživanjima, kod svakog konkretnog objekta mogu se formirati originalni regresioni modeli, koje pre svega treba primenjivati za istraživani lokalitet pri ekstrapolaciji parametara. Preporuka autora je da ovakve regresione modele svaki put upoređivati sa poznatim korelacionim vezama, ciljem utvrditi stepen suglasnosti, ali i moguća odstupanja. Ovo je potrebno zato što nekritička primena rezultata iz drugih lokaliteta mogu dovesti do značajnijih razlika i zabuna pri inženjerskim analizama. Ovakav pristup je primenljiv ne samo kod lučnih brana, tako da autori prikazanu metodologiju preporučuju za primenu i kod svih značajnih inženjeriskih objekata. LITERATURA [1] Barton N., Lien, Lunde: Engineering classification of Rock Masses for Design in Tunnel Support, Rock Mechanics, Vol.6, No.4, [2] Barton N.: Physical and discrete element model of excavation and failure in jointed rock, NGI, Oslo, [3] Bieniawski Z.T.: Classification of Rock Masses for Engineering: The RMR System and future trends. Comprehensive Rock Engineering, [4] Brown E.T., Hoek E.: Determination of shear envelope in rock masses, Journal of Geotechnical Engineering, Vol.194, [5] Ilijovski Z., Jovanovski M., Velevski A.: Metodologija na in`enerskogeolo{ko modelirawe na pregradnoto mesto za brana Sveta Petka, Zbornik na trudovi na prv nacionalen kongres za brani, Ohrid [6] Ilijovski Z., Jovanovski M., Jan~eski J.: Svoden elaborat od geotehni~kite istra`uvawa i ispituvawa na branata Sveta Petka, [7] Ilijovski Z.: Metodologija na ekstrapolacija na parametri za modelirawe na podlogata kaj betonski brani so geofizi~ki i geotehni~ki metodi niz primerot na branata Sveta Petka, magisterska rabota, [tip, [8] Jovanovski M., Gapkovski N., Ilijovski Z.: Correlation between Rock Mass Rating and deformability on a profile for arch dam Sveta Petka, 10-th International Conference of the DGKM, Ohrid, [9] Kujundžić B.: Sadržina i metodika izrade inženerskogeoloških preseka, modela i geotehničkih modela, Saopštenja IX Kongresa Jugoslovenskog komiteta za visoke brane, Zlatibor, 1973 [10] Kujundžić B., Petrović Lj,: Korelacija statičkih i dinamičkih karakteristika deformabilnosti krečnjačkih stenskih masa, 5. Simpozij Jugoslavenskog društva za mehaniku stijena i podzemne radove, Split, 1980.