Η συμπεριφορά των μαργαϊκών γεωυλικών και των υλικών του αποδομημένου φλύσχη στην εκδήλωση εκτεταμένων κατολισθήσεων

Abstract

In this doctoral thesis, the behavior of the decomposed and weathered flysch in the occurrence of landslides is exclusively investigated. The research followed a laboratory approach to investigate the characteristics of "soil like" flysch, through direct shear tests on large diameter (Large Shear) reconstituted specimens, as well as standard ring shear tests (Bromhead Ring Shear). Unlike marl materials, the presence of clay leads to significant difficulty in their formation (reconstitution) and the development of water overpressures in their pores. Therefore, they could not be placed in the large-shear apparatus, and their behavior could not be investigated according to the applicable direct shear test standards. The samples come from three selected areas – zones of extensive active landslides in flysch materials in Western Greece (Panagopoula, Karya and Platanitis), taken from the slip surface zone. Large shear tests (300×300×120 mm) were performed on reconstituted specimens prepared inside the box of the apparatus, in different conditions of density (loose, dense) and moisture (dry, at optimal moisture, partially saturated and saturated) and according to international norms and practices. Residual shear strength assessment tests were also performed with the ring shear apparatus, while semi-quantitative mineralogical analysis by XRD was performed on characteristic samples. The processing and analysis of the results showed (a) a significant reduction of the effective friction angle with an increase of moisture content, (b) a significant effect of density on the shear strength in wet and dry conditions, (c) dilatancy effects in the dense state, (d) almost identical values of the effective angle in saturated conditions in the range of 25° – 30° of both the loose and the dense state, (e) high values of the effective angle (>40°) in dry conditions, of the loose and dense state and (f) value range 35° – 40° for optimum moisture conditions and 30° – 35° for partially saturated conditions higher than optimum.From the comparison of the results of the laboratory investigation with the respective ones of the back analysis made on typical cross-sections of the three landslide sites, it appears that, (a) the friction angle resulting from the back analysis is a little smaller than the laboratory residual angle (their difference is generally <3°), (b) the effective angles estimated from large shear for the saturated conditions are slightly larger (up to about 6°). In general, it seems that large shear tests can significantly contribute to the formation of more representative samples in "difficult" geological materials, in terms of sampling, such as flysch, while for saturated conditions that are also "critical" for the occurrence of landslides, it is a reliable tool for the estimation of the shear strength for the design of slopes in the decomposed and weathered flysch.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνάται η συμπεριφορά των υλικών του αποδομημένου και αποσαθρωμένου φλύσχη στην εκδήλωση κατολισθήσεων. Η έρευνα εστιάζεται στην εργαστηριακή προσέγγιση των χαρακτηριστικών του «εδαφοποιημένου» φλύσχη μέσω δοκιμών άμεσης διάτμησης σε μεγάλης διαμέτρου (Large Shear) ανακατασκευασμένα δείγματα, καθώς και τυπικής περιστροφικής διάτμησης (Ring Shear), τα οποία κατέστη εφικτό να χρησιμοποιηθούν και να δοκιμαστούν σε εργαστηριακό περιβάλλον. Εν αντιθέσει στα μαργαϊκά υλικά, λόγω της παρουσίας της αργίλου, υπήρξε δυσκολία στη διαμόρφωση (ανακατασκευή τους) και αναπτύχθηκαν υδατικές υπερπιέσεις στους πόρους τους. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να μην μπορούν να τοποθετηθούν στην συσκευή μεγάλης διάτμησης, ούτε να διερευνηθεί η συμπεριφορά τους σύμφωνα με τις ισχύουσες προδιαγραφές εκτέλεσης δοκιμών άμεσης διάτμησης. Τα δείγματα προέρχονται από τρεις επιλεγμένες περιοχές – ζώνες εκτεταμένων ενεργών κατολισθήσεων σε υλικά του φλύσχη στη Δυτική Ελλάδα (Παναγοπούλα, Καρυά και Πλατανίτη), που λήφθηκαν από τη ζώνη της επιφάνειας ολίσθησης.Η εκτέλεση δοκιμών διάτμησης μεγάλης διαμέτρου (300×300×120 mm) έγινε σε ανακατασκευασμένα (reconstituted) δείγματα που παρασκευάστηκαν μέσα στον υποδοχέα της συσκευής, σε διαφορετικές συνθήκες πυκνότητας (χαλαρά, πυκνά) και υγρασίας (ξηρά, στη βέλτιστη υγρασία, μερικώς κορεσμένα και κορεσμένα) και σύμφωνα με τους διεθνείς κανόνες και πρακτικές. Δοκιμές εκτίμησης της παραμένουσας διατμητικής αντοχής έγιναν επίσης με τη συσκευή δακτυλιοειδούς διάτμησης, ενώ σε χαρακτηριστικά δείγματα έγινε ημιποσοτική ορυκτολογική ανάλυση με XRD. Η επεξεργασία και ανάλυση των αποτελεσμάτων έδειξε: (α) αξιοσημείωτη μείωση της ενεργής γωνίας τριβής με την υγρασία, (β) σημαντική επίδραση της πυκνότητας στη διατμητική αντοχή σε υγρές και ξηρές συνθήκες, (γ) φαινόμενα διαστολικότητας (dilatancy) στην πυκνή κατάσταση, (δ) σχεδόν ταύτιση των τιμών της ενεργής γωνίας σε κορεσμένες συνθήκες στο εύρος των 25° – 30° τόσο της χαλαρής, όσο και της πυκνής κατάστασης, (ε) υψηλές τιμές της ενεργής γωνίας (>40°) σε ξηρές συνθήκες, της χαλαρής και πυκνής κατάστασης και (στ) εύρος τιμών 35° – 40° για συνθήκες βέλτιστης υγρασίας και 30° – 35° για μερικώς κορεσμένες συνθήκες υψηλότερες της βέλτιστης. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων της εργαστηριακής έρευνας με τα αντίστοιχα της αντίστροφης ανάλυσης (back analysis) που έγιναν σε τυπικές τομές των τριών θέσεων κατολισθήσεων, φαίνεται ότι, (α) η γωνία τριβής που προκύπτει από την αντίστροφη ανάλυση είναι λίγο μικρότερη από την εργαστηριακή παραμένουσα γωνία (η διαφορά τους είναι γενικά <3°), (β) οι ενεργές γωνίες που εκτιμώνται από τη διάτμηση μεγάλων διαστάσεων για τις κορεσμένες συνθήκες είναι λίγο μεγαλύτερες (μέχρι περίπου 6°). Γενικά φαίνεται ότι η διάτμηση μεγάλων διαστάσεων μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στη διαμόρφωση πλέον αντιπροσωπευτικών δειγμάτων στα «δύσκολα» γεωλογικά υλικά, από πλευράς δειγματοληψίας, όπως ο φλύσχης, ενώ για κορεσμένες συνθήκες που αποτελούν και τις «κρίσιμες» για την εκδήλωση κατολισθήσεων αποτελεί ένα αξιόπιστο εργαλείο για την εκτίμηση της διατμητικής αντοχής για το σχεδιασμό πρανών στον αποσαθρωμένο και αποδομημένο φλύσχη.