A 370 metri di profondità, in una sezione di roccia circostante classificata di Grado V, il mudstone delle red beds attraversato dalla galleria Jishan è stato oggetto di un’indagine di laboratorio dedicata al comportamento differito. Il motivo sta nel contesto: la galleria interseca la zona di frattura della faglia F2, un ambiente in cui la stabilità di un traforo a grande luce non può prescindere dalla componente temporale della deformazione, che continua a evolvere anche dopo il passivo dello scavo.
Lo studio, firmato da Binghai Li, Yang Chen, Taibing Liu, Guoqing Fu, Jingeng Li, Ao Lu e Xiaoguang Jin, è stato pubblicato su Geotechnics (vol. 6, articolo 13, DOI 10.3390/geotechnics6010013).
Campionamento a 370 metri nella sezione critica di Grado V
Il programma sperimentale parte dal materiale estratto in situ: carote di mudstone profondo prelevate nella sezione di roccia circostante di Grado V, individuata come quella critica e posta a 370 metri di profondità nel Sichuan orientale. Da questa sezione provenienza tutti i campioni impiegati nelle campagne di prova successive, dalla caratterizzazione di base fino alle prove di fluenza.
Prove uniassiali e triassiali: la base meccanica
Prima di affrontare la reologia, la caratterizzazione. Sui carotaggi sono state eseguite prove di compressione uniassiali e triassiali, destinate a determinare i parametri meccanici di base della roccia. Si tratta del quadro di riferimento entro cui impostare e interpretare le successive prove di creep, condotte a livelli di tensione crescenti.
Creep a gradini e resistenza di lungo termine di 19,2 MPa
Le prove di fluenza sono state realizzate con la tecnica del carico a gradini (step loading): ogni incremento di tensione viene mantenuto nel tempo per osservare come la deformazione differita evolve sotto carico costante. Dall’analisi delle caratteristiche di creep emerge una resistenza di lungo termine pari a 19,2 MPa. È il dato che quantifica la soglia di resistenza del mudstone in condizioni di lungo termine e alimenta la valutazione della stabilità dipendente dal tempo dell’opera.
Burgers variabile: parametri dipendenti dallo stress e calibrazione con Levenberg-Marquardt
L’andamento deformazione-tempo misurato in prova si lascia descrivere in modo accurato dal modello costitutivo di Burgers, con una precisazione sostanziale: i parametri del modello non restano costanti, ma evolvono al variare del livello di tensione applicato. La determinazione dei parametri variabili è stata affidata all’algoritmo di Levenberg-Marquardt, impiegato per il fitting non lineare delle curve sperimentali.
Dalla calibrazione agli input tridimensionali per la validazione numerica
Il percorso si chiude con la generalizzazione dei parametri in forma tridimensionale. I coefficienti di creep 3D così ottenuti sono destinati alla validazione numerica: il passaggio dalla condizione di laboratorio alla rappresentazione tridimensionale rende il set di parametri utilizzabile nelle analisi numeriche del sistema reale.
Tempistica del sostegno e meccanismi cedevoli
Il raccordo tra laboratorio e cantiere passa per due indicazioni operative: la scelta del momento in cui attivare il sostegno e l’adozione di meccanismi cedevoli (yielding). L’obiettivo è mitigare i rischi reologici nelle zone condizionate dalla presenza della faglia, dove il sistema di sostenimento deve interagire con una deformazione della roccia che si sviluppa nel tempo.
Dal carotaggio profondo alla soglia di 19,2 MPa, dal Burgers con parametri variabili al set tridimensionale pronto per il calcolo: un percorso che porta la reologia del mudstone dalla prova di laboratorio dentro il flusso di analisi di una galleria in zona di faglia.
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