Hangmassenbewertung - Slope mass rating

Slope Mass Rating ( SMR ) ist ein von Manuel Romana entwickeltes Klassifizierungsschema für die Gesteinsmasse , um die Stärke eines einzelnen Felsaufschlusses oder -hangs zu beschreiben. Das System basiert auf dem weiter verbreiteten RMR- Schema, das mit quantitativen Richtlinien modifiziert wird, um den Einfluss nachteiliger Gelenkorientierungen (z. B. steil aus dem Hang abfallende Gelenke) zu bewerten.

Definition

Gesteinsmassenklassifizierungsschemata berücksichtigen eine Reihe von Faktoren, die die Festigkeit und Verformbarkeit einer Gesteinsmasse beeinflussen (z. B. Fugenorientierungen, Bruchdichte, intakte Festigkeit), und können zur Quantifizierung der Kompetenz eines Aufschlusses oder eines bestimmten geologischen Materials verwendet werden. Die Werte reichen typischerweise von 0 bis 100, wobei 100 die kompetenteste Gesteinsmasse ist. Der Begriff Gesteinsmasse umfasst den Einfluss sowohl von intaktem Material als auch von Diskontinuitäten auf die Gesamtfestigkeit und das Verhalten eines diskontinuierlichen Gesteinsmediums. Während es relativ einfach ist, die mechanischen Eigenschaften von intaktem Gestein oder Fugen einzeln zu testen, ist es schwierig, ihre Wechselwirkung zu beschreiben, und für diesen Zweck stehen mehrere empirische Bewertungsschemata (wie RMR und SMR) zur Verfügung.

SMR-Indexberechnung

SMR verwendet dieselben ersten fünf Bewertungskategorien wie RMR :

1. Einachsige Druckfestigkeit von intaktem Gestein,
2. Rock Quality Designation (oder RQD),
3. Gelenkabstand,
4. Gelenkbedingung (die Summe von fünf Teilwerten) und
5. Grundwasserbedingungen.

Die letzte sechste Kategorie ist eine Ratinganpassung oder Bestrafung für ungünstige Gelenkorientierungen, die besonders wichtig für die Bewertung der Kompetenz eines Felshangs ist. SMR bietet quantitative Richtlinien zur Bewertung dieser Bewertungsstrafe in Form von vier Unterkategorien, von denen drei die relativen Geometrien der Felsneigung und des Gelenksatzes beschreiben und eine vierte, die die Methode der Hangausgrabung berücksichtigt. SMR befasst sich sowohl mit planaren Gleit- als auch mit Kippfehlermodi. Ursprünglich wurden keine zusätzlichen Überlegungen zum Gleiten auf mehreren Verbindungsebenen angestellt. Anbalagan et al. Die ursprüngliche Klassifizierung für den Keilversagensmodus wurde angepasst.

Die endgültige SMR-Bewertung wird mittels des nächsten Ausdrucks erhalten:

${\ displaystyle SMR = RMR_ {b} + F_ {1} \ mal F_ {2} \ mal F_ {3} + F_ {4}}$

Anpassungsfaktoren für SMR. P: planares Versagen; T: Sturzversagen; W: Keilversagen. Geändert von und

wo:

• RMR _b ist der RMR-Index, der sich aus Bieniawskis Rock Mass Classification ohne Korrektur ergibt.
• F ₁ hängt von der Parallelität zwischen der Diskontinuität α _j (oder der Schnittlinie α _i im Fall eines Keilversagens) und der Neigungsrichtung ab.
• F ₂ hängt vom Diskontinuitätsabfall (β _j ) bei planarem Versagen und vom Eintauchen β _i der Schnittlinie bei Keilversagen ab. In Bezug auf Umkippfehler nimmt dieser Parameter den Wert 1,0 an. Dieser Parameter hängt mit der Wahrscheinlichkeit einer Diskontinuitätsscherfestigkeit zusammen.
• F ₃ hängt von der Beziehung zwischen der Neigung (β _s ) und den Einbrüchen der Diskontinuität (β _j ) (Sturz oder planares Versagen) oder dem Eintauchen der Tauchlinie (β _i ) (Fall des Keilversagens) ab. Dieser Parameter behält die Bieniawski-Anpassungsfaktoren bei, die von 0 bis –60 Punkten variieren, und drückt die Wahrscheinlichkeit eines Aufbrechens der Diskontinuität auf der Hangfläche bei planarem und Keilversagen aus.
• F ₄ ist ein Korrekturfaktor, der von der verwendeten Aushubmethode abhängt.

Obwohl SMR weltweit verwendet wird, werden bei der Anwendung manchmal einige Fehlinterpretationen und Ungenauigkeiten vorgenommen. Die meisten der beobachteten Ungenauigkeiten hängen mit der Berechnung der zusätzlichen Winkelbeziehungen zwischen Eintauchen und Eintauchrichtung der Diskontinuitäten und der Steigung zusammen, die zur Bestimmung der Faktoren F ₁ , F ₂ und F ₃ erforderlich ist. Eine umfassende Definition dieser Winkelbeziehungen finden Sie in.

SMR-Indexänderungen

Tomás et al. vorgeschlagene alternative stetige Funktionen zur Berechnung der Korrekturparameter F ₁ , F ₂ und F ₃ . Diese Funktionen zeigen maximale absolute Unterschiede mit diskreten Funktionen von weniger als 7 Punkten und reduzieren die subjektiven Interpretationen signifikant. Darüber hinaus verringern die vorgeschlagenen Funktionen für die Berechnung von SMR-Korrekturfaktoren Zweifel daran, welche Punktzahl Werten nahe der Grenze der diskreten Klassifizierung zugewiesen werden soll.

Die vorgeschlagene kontinuierliche F ₁ -Funktion, die am besten zu diskreten Werten passt, ist:

${\ displaystyle F_ {1} = {\ frac {16} {25}} - {\ frac {3} {500}} \ arctan \ left ({\ frac {1} {10}} \ left (| A |) -17 \ rechts) \ rechts)}$

wobei Parameter A der Winkel ist, der zwischen der Diskontinuität und den Neigungsschlägen für planare und Kippfehlermodi gebildet wird, und der Winkel, der zwischen dem Schnittpunkt der beiden Diskontinuitäten (Eintauchrichtung) und der Neigungsrichtung der Steigung für Keilversagen gebildet wird. Die Arkustangensfunktion wird in Grad ausgedrückt.

${\ displaystyle F_ {2} = {\ begin {case} {\ frac {9} {16}} - {\ frac {1} {195}} \ arctan \ left ({\ frac {17} {100}} B-5 \ rechts), & {\ text {für Planar- und Keilversagen}} \\ 1, & {\ text {für Sturzversagen}} \ end {Fälle}}}$

wobei Parameter B die Diskontinuitätsabsenkung in Grad für ein planares Versagen und das Eintauchen des Schnittpunkts für ein Keilversagen ist. Beachten Sie, dass die Arkustangensfunktion auch in Grad ausgedrückt wird.

${\ displaystyle F_ {3} = {\ begin {case} -30 + {\ frac {1} {3}} \ arctan C, & {\ text {für planares und Keilversagen}} \\ - 13 - {\ frac {1} {7}} \ arctan \ left (C-120 \ right), & {\ text {für Sturzfehler}} \ end {case}}}$

wobei C von der Beziehung zwischen Steigungs- und Diskontinuitätseinbrüchen (Sturz- oder planaren Versagensfällen) oder dem Steigungseinbruch und dem Eintauchlinieneinbruch für den Fall eines Keilversagens abhängt. Arkustangensfunktionen werden in Grad ausgedrückt.

Alternativ haben Tomás et al. schlugen auch eine grafische Methode vor, die auf der stereografischen Darstellung der Diskontinuitäten und der Steigung basiert, um Korrekturparameter des SMR (F ₁ , F ₂ und F ₃ ) zu erhalten. Mit dieser Methode können die SMR-Korrekturfaktoren leicht für eine einfache Steigung oder für verschiedene praktische Anwendungen wie Hänge mit linearer Infrastruktur, Tagebau oder Grabenaushub ermittelt werden.

Eine vierdimensionale visuelle Analyse der geomechanischen Klassifizierung von SMR, durchgeführt von Tomás et al. Anhand der Worlds-in-Worlds-Methodik zur Untersuchung, Analyse und Visualisierung der Beziehung zwischen den Hauptsteuerungsparametern dieser geomechanischen Klassifikation wurde festgestellt, dass mehrere Fälle existieren, in denen die geometrische Beziehung zwischen Steigung und Diskontinuität die Steigungsstabilität kaum beeinflusst (dh F ₁ × F ₂ ×) F ₃ ≃0), und infolgedessen kann SMR berechnet werden, indem das grundlegende RMR nur mit dem F ₄ -Faktor unter Verwendung der nächsten Gleichung mit einem maximalen Fehler von weniger als neun Punkten korrigiert wird:

${\ displaystyle SMR = RMR_ {b} + F_ {4}}$

Diese Fälle, in denen der Einfluss der Geometrie der Steigung und der Diskontinuitäten vernachlässigbar ist (dh F ₁ × F ₂ × F ₃ ≃0), sind:

a) Bei planarem Versagen

• β _s <β _j ;
• Ein Wert höher als 30º und β _j <20º

b) Bei Keilversagen

• β _s <β _i ;
• Ein Wert höher als 30º und β _i ; <20 ° C) Bei Umkippversagen
• β _j <30º
• Ein Wert höher als 30º
• β _j + β _s ≤ 120º

Wobei β _s der Neigungswinkel ist, β _j der Einbruch der Diskontinuität ist, β _i das Eintauchen der Schnittlinie zwischen zwei Diskontinuitäten ist und A die Parallelität zwischen der Richtung der Diskontinuität (oder Schnittlinie für Keile) und der Neigung des Gefälles ist.

Es wurden andere Ansätze vorgeschlagen, um SMR an unterschiedliche Situationen wie hohe Steigungen, Flyschformationen oder sogar heterogene Materialien anzupassen.

Anwendung des SMR-Index

Der SMR-Index kann mit der Open-Source-Software SMRTool berechnet werden, mit der SMR aus den geomechanischen Daten der Gesteinsmasse sowie der Ausrichtung des Gefälles und der Diskontinuitäten berechnet werden kann. Diese Software wurde verwendet, um den SMR-Index unter Verwendung von 3D-Punktwolken zu berechnen.

SMRTool ist eine Open-Source-Software, mit deren Hilfe die SMR-Anpassungsfaktoren berechnet werden können. Es zeigt die Beziehung zwischen der Steigung und der Diskontinuität, um die Werte dieser Faktoren zu verstehen.

Einige Autoren haben verschiedene Methoden vorgeschlagen, um die Ausfallanfälligkeit in Felshängen durch Berechnung des SMR-Index unter Verwendung eines Geografischen Informationssystems (GIS) abzubilden.

Siehe auch

• Hangversagen
• Massenverschwendung
• Steinschlag
• Q-Steigung
• Rock Mass Rating

Verweise