Evaluation of undrained shear strength of miocene clay from the Weight Sounding Test (WST)

• Autorzy: Olesiak S.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2017-0028

Warianty tytułu

PL

Ocena wytrzymałości na ścinanie w warunkach bez odpływu iłów mioceńskich na podstawie badań sondą wkręcaną WST

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Soil strength parameters needed for the calculation of bearing capacity and stability are increasingly determined from field testing. This paper presents a method to determine the undrained shear strength cuWST of the soil, based on the Weight Sounding Test (WST). The innovative solution which allows for a significant reduction of equipment needed for geotechnical field investigation is presented. The proposed method is based on an additional measurement of the torque during testing. It then becomes possible to estimate the undrained shear strength, cuWST of the soil, using the correlation given in this paper. The research results presented in this paper were carried out on selected cohesive soils, Miocene clays from the Carpathian Foredeep.

PL

Do jednych z podstawowych problemów natury geotechnicznej w kopalniach odkrywkowych należy zaliczyć przede wszystkim stateczność skarp i zboczy. Osuwiska zboczy zwałowisk i wyrobisk zaliczane są do głównych zagrożeń naturalnych występujących w górnictwie odkrywkowym (Cała, 2007). W 2013 roku eksploatacja surowców ilastych prowadzona była w 267 zakładach górniczych z czego 244 to odkrywkowe kopalnie iłu na potrzeby ceramiki budowlanej (Bilans, 2014). W normie PN-EN 1997-1 (2008), w odniesieniu do projektowania posadowienia bezpośredniego, należy rozpatrzyć różne stany graniczne, w tym sprawdzić stan graniczny nośności podłoża. W rozumieniu normy, nośność podłoża jest spełniona, gdy wartość obliczeniowa obciążenia pionowego albo składowa całkowitego oddziaływania, działająca prostopadle do podstawy fundamentu jest mniejsza bądź równa obliczeniowej wartości oporu ścinania. W warunkach bez odpływu, obliczeniowy opór ścinania jest równy iloczynowi wytrzymałości na ścinanie bez odpływu i polu całkowitej powierzchni fundamentu przekazującej nacisk na grunt. Zatem znając wartości wytrzymałości na ścinanie sondowanego gruntu, łatwo ustalić czy dany grunt spełnia warunek nośności oraz na jakiej głębokości minimalnej, ten i inne warunki posadowienia są spełnione. zapewnienia stateczności zboczy naturalnych gdzie wymagana jest ilościowa ocena stateczności. Na stateczność tę wpływa wiele czynników, do których należy zaliczyć: geometrię zbocza, budowę geologiczną, wytrzymałość na ścinanie gruntów tworzących zbocze czy skarpę oraz działające nań obciążenia, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu wody gruntowej (Cała, 2007). W analizach stateczności wykorzystywane są różne metody, ale najczęściej metody równowagi granicznej i metody numeryczne, gdzie wynikiem obliczeń jest bezwymiarowy parametr, zwany wskaźnikiem stateczności FS lub wskaźnikiem bezpieczeństwa SF. Określany jest on jako stosunek wytrzymałości gruntu na ścinanie do rzeczywistych naprężeń ścinających działających na powierzchni poślizgu. Wyznaczenie parametrów wytrzymałościowych gruntów niezbędnych w obliczeniach nośności i stateczności realizowane jest obecnie coraz częściej tylko na podstawie badań polowych. Artykuł przedstawia propozycję metody pozwalającej określić wytrzymałość gruntu na ścinanie w warunkach bez odpływu WST, na podstawie badań sondą wkręcaną WST. To nowatorskie rozwiązanie pozwala na znaczne ograniczenie używanego sprzętu w trakcie prowadzenia geotechnicznych badań polowych. Proponowana metoda polega na prowadzeniu dodatkowego pomiaru wartości momentu skręcającego TWST w trakcie wykonywania sondowania WST. Następnie, za pomocą podanych w artykule zależności można, dla badanego gruntu, oszacować wytrzymałość na ścinanie w warunkach bez odpływu głębokości ten warunek jest spełniony. Znajomość wytrzymałości gruntu na ścinanie w przypadku skarp i zboczy o prostej budowie geometrycznej i geologicznej (co ma często miejsce w przypadku odkrywkowych kopali surowców ilastych) pozwala już w trakcie geotechnicznych prac polowych oszacować warunki stateczności. Ciągły pomiar wytrzymałości na ścinanie z wykorzystaniem sondy WST daje możliwość lokalizowania stref osłabienia jeszcze przed uaktywnieniem się osuwiska i związanych z nim problemów technicznych i technologicznych dla kopalni. Prace dotyczące wykorzystania sondy wkręcanej WST do badań gruntów spoistych zostały zapoczątkowane w 2004 w kopalni iłów Zesławice i dotyczyły osuwiska zagrażającego ruchowi kopalni. Przedstawione w artykule badania stanowią kontynuację badań wybranych gruntów spoistych, tj. iłów mioceńskich zapadliska przedkarpackiego. Polowe badania geotechniczne prowadzone były w pięciu rejonach badawczych zlokalizowanych na terenie i w rejonie Krakowa oraz w Połańcu.

Słowa kluczowe

EN

clay material mining; geotechnical engineering; weight sounding test WST; field vane test FVT; undrained shear strength

PL

górnictwo surowców ilastych; geotechnika; sonda wkręcana WST; wytrzymałość gruntu na ścinanie w warunkach bez odpływu

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 62, no. 2
• Strony: 367--384
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Olesiak S.

• AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce wg stanu na 31 XII 2013 r. Warszawa, Państwowy Instytut Geologiczny. Państwowy Instytut Badawczy.
• [2] Cała M., 2007. Numeryczne metody analizy stateczności zboczy. Rozprawy, Monografie 171. Kraków, AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne.
• [3] Cała M., Olesiak S., 2011. Metoda wyznaczania wybranych właściwości wytrzymałościowych iłów górnomioceńskich rejonu Krakowa na podstawie badań sondą wkręcaną WST. Górnictwo i Geoinżynieria, 2, 139-148.
• [4] ISO/DIS 22476-9:2010 Draft International Standard. Geotechnical investigation and testing. Field testing. Part 9: Field vane test.
• [5] ISO/TS 22476-10:2005 Technical Specification. Geotechnical investigation and testing. Field Testing. Part 10: Weight Sounding Test.
• [6] Löfroth H., 2008. Undrained shear strength in clay slopes - Influence of stress conditions. A model and field test study. Report No. 71. Linköping, Swedish Geotechnical Institute.
• [7] Mazurek J., 2004. Własności wytrzymałościowe iłów z kopalni Zesławice w świetle badań laboratoryjnych i analizy odwrotnej. XXVII Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu. Geotechnika i budownictwo specjalne 2004, AGH KGBiG, Zakopane 14-19 marca 2004, 173-181.
• [8] Olesiak S., 2009. Wykorzystanie sondy wkręcanej WST w badaniach mioceńskich iłów krakowieckich. Górnictwo i Geoinżynieria, 1, 467-473.
• [9] Olesiak S., 2010. Sonda wkręcana WST w badaniach mioceńskich iłów krakowieckich. Górnictwo i Geoinżynieria, 2, 501-507.
• [10] Olesiak S., 2011. Kalibracja sondy wkręcanej WST do badań górnomioceńskich iłów zapadliska przedkarpackiego w rejonie Krakowa. Górnictwo i Geoinżynieria, 2, 463-470.
• [11] Olesiak S., 2013. Możliwości wykorzystania sondy wkręcanej WST do badań wybranych gruntów spoistych w rejonie Krakowa. Inżynieria Morska i Geotechnika, 6, 534-539.
• [12] Olesiak S., 2014a. On the possibility of testing Miocene clay from Cracow area using Weight Sounding Test (WST). Studia Geotechnica et Mechanica, 1, 71-78.
• [13] Olesiak S., 2014b. Ocena stopnia plastyczności iłów mioceńskich na podstawie badań sondą wkręcaną WST. Inżynieria Morska i Geotechnika, 2, 112-117.
• [14] Olesiak S., 2015. Ocena wybranych właściw ości wytrzymałościowych iłów mioceńskich na podstawie badań sondą wkręcaną WST. Inżynieria Morska i Geotechnika, 1, 22-27.
• [15] PN-B-04452:2002 Polska Norma. Geotechnika. Badania polowe.
• [16] PN-EN 1997-1:2008 Polska Norma. Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Część 1: Zasady ogólne.
• [17] PN-EN 1997-2:2009 Polska Norma. Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Część 2: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego.
• [18] Walker B.F., 1983. Vane shear strength testing. [In:] Ervin M.C. (ed.), In-situ testing for geotechnical investigations. Proceedings of an Extension Course on In-Situ Testing for Geotechnical Investigations. Sydney, May-June, 1983, 65-72.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)