Numeryczna analiza stateczności skarp i zboczy z wykorzystaniem metody zbiorów losowych

• Autorzy: Pilecki Z. , Stanisz J. , Krawiec K. , Woźniak H. , Pilecka E.

Warianty tytułu

EN

Numerical stability analysis of slope with use of Random Set Theory

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule omówiono zagadnienie dotyczące poprawy wiarygodności analizy stateczności skarp i zboczy w wyniku zastosowania metody zbiorów losowych w doborze parametrów fizyczno-mechanicznych. W praktyce inżynierskiej do analiz stateczności skarp i zboczy, przyjmuje się uśrednione wartości parametrów lub wartości najbardziej niekorzystne. Rozwiązanie takie nie jest korzystne, gdyż może prowadzić do niewłaściwego zaprojektowania konstrukcji zabezpieczenia osuwiska. Naturalna zmienność parametrów charakteryzujących ośrodek geologiczny, a zwłaszcza utworów fliszowych, oraz błędy ich oznaczenia, wskazują na potrzebę analizy zakresów ich wartości. Umożliwia to metoda zbiorów losowych, coraz szerzej wykorzystywana w rozwiązywaniu zadań geoinżynierskich. W artykule scharakteryzowano podstawy teoretyczne metody zbiorów losowych. Opracowano algorytm obliczeniowy z uwzględnieniem numerycznej analizy stateczności metodą różnic skończonych. Przedstawiono przykład analizy stateczności zbocza zbudowanego z utworów fliszu karpackiego, położonego w pobliżu zbiornika Świnna Poręba. Otrzymane wyniki różnią się od wyników obliczeń bazujących na parametrach średnich i wskazują na ich większą przydatność dla konstruktora budowlanego. W podsumowaniu podkreślono zalety i ograniczenia numerycznej analizy stateczności z wykorzystaniem metody zbiorów losowych.

EN

The article concerns improving the reliability of slope stability analysis using Random Set Theory to select the geotechnical properties. In engineering practice, when analyzing slope stability the average values or the most unfavorable parameters are assumed. Such a solution, however, is not preferred because it can lead to the design of improper protection measures against slopes. The natural variability of the parameters characterizing the geological medium, especially flysch, and the errors in their determination, indicate the need to analyze the ranges of their values. The method of Random Set Theory, increasingly used in geoengineering, makes it possible to solve that problem. This article describes the theoretical basis of Random Set Theory. It details the calculation algorithm, which incorporates numerical stability analysis based on the Finite Differences Method. Also presented is an example of stability analysis for a slope in flysch formations located near a lake in Swinna Poreba. It shows different results obtained when compared to standard calculations, and data more useful for construction engineers. In summary, the article highlights the advantages and limitations of numerical stability analysis with the use of Random Set Theory.

Słowa kluczowe

PL

analiza stateczności skarp i zboczy; modelowanie numeryczne; metoda zbiorów losowych; analiza parametryczna; dobór parametrów wejściowych; niepewność

EN

slope stability analysis; numerical modelling; random set theory; parametric analysis; input parameters selection; uncertainty

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 86
• Strony: 5--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pilecki Z.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Stanisz J.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Krawiec K.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Woźniak H.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Pilecka E.

• Politechnika Krakowska, Kraków

Bibliografia

• [1] Cała, M. i Flisiak, J. 2000. Analiza stateczności skarp i zboczy w świetle obliczeń analitycznych i numerycznych. XXIII ZSMG. Wydawnictwo KGBiG. Kraków, s. 27-37.
• [2] Cała, M. i Flisiak, J. 2003. Analiza stateczności skarp z zastosowaniem zmodyfikowanej metody redukcji wytrzymałości na ścinanie. XXVI Szkoła Mechaniki Górotworu. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, s. 348-354.
• [3] Dubois, D. i Prade, H. 1991. Random sets and fuzzy interval analysis. Fuzzy Sets and Systems 42, 87-101.
• [4] Dziewański, J. i Pilecki, Z. 2002. Ocena warunków geologiczno-inżynierskich na terenie powierzchniowych ruchów masowych na przykładzie osuwiska w Zgłobicach. Studia, Rozprawy, Monografie 109, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków.
• [5] FLAC. Sers Manual. Itasca Consulting Group Inc. Minneapolis, 2007.
• [6] Gaszyński, J., Pabian, Z., Zapał, A., Broniatowska, M., Łach, M., Borys, M., Gaszyńska-Freiwald, G., Posłanko, M. i Wawok, M. 2005. Dokumentacja geologiczno-inżynierska osuwisk dla potrzeb projektowania zabezpieczeń drogi nr 28 na odcinku Mucharz-Tarnawa Dolna w ramach zadania Budowa Zbiornika Wodnego Świnna Poręba. Kraków (praca niepublikowana).
• [7] Gaszyński, J., Pabian, Z., Posłajko, M. i Zapał, A. 2006. Analiza warunków geotechnicznych terenów osuwiskowych na trasie projektowanej drogi nr 28 Mucharz-Tarnawa Dolna w rejonie budowy zbiornika wodnego Świnna Poręba. Mat. XXIX Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu, s. 367-377.
• [8] Hall, J.W., Rubio, E. i Anderson, M.J. 2004. Random sets of probability measures in slope hydrology and stability analysis. ZAMM: J Apel Math Mech. 84(10-11), s. 710-20.
• [9] Kondracki, J. 1994. Geografia Polski Mezoregiony fizyczno-geograficzne. Wyd. PWN, Warszawa.
• [10] Nasekhian, A. i Schweiger, H.F. 2010. Random set finite element method application to tunneling. M. Beer, R.L. Muhanna, R.L. Mullen (Eds.), Proceedings of the 4th international workshop on reliable engineering computing (REC2010), robust design - coping with hazards, risk and uncertainty. Research Publishing, Singapore, s. 369-385.
• [11] Norma PN-81/B-03020. Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie.
• [12] Pilecki, Z. 2010. Identyfikacja etapów modelowania numerycznego w zastosowaniach geoinżynierskich. Mat. Konf. Nauk. XIV Warsztaty Górnicze, Hucisko, 16-18 czerwca 2010. Materiały elektroniczne.
• [13] Schweiger, H.F. i Peschl, G.M. 2005. Reliability analysis in geotechnics with the random set finite element method. Computers and Geotechnics 32, s. 422-435.
• [14] Schweiger, H.F. i Peschl, G.M. 2007. Basic Concepts and Applications of Random Sets in Geotechnical Engineering. Book Series CISM International Centre for Mechanical Sciences, (eds.) D.V. Griffiths & G.A. Fenton Vol 491, s. 113-126.
• [15] Stanisz, J., Pilecki, Z. i Woźniak, H. 2012. Wybrane zagadnienia numerycznej analizy stateczności osuwiska w Swoszowicach. Technika Poszukiwań Geologicznych Geotermia, Zrównoważony Rozwój Nr 2, s. 77-89.
• [16] Starkel, L. 1972. Karpaty Zewnętrzne. [W:] Klimaszewski M. (red.). Geomorfologia Polski. T. 1. Polska Południowa - góry i wyżyny .Wyd. PWN, Warszawa, s. 52-115.
• [17] Stopkowicz, A. i Cała, M. 2004. Analiza stateczności zboczy zlokalizowanych we fliszu karpackim z zastosowaniem metod numerycznych. Mat. Konf. XXVII Zimowej Szkoły Mechaniki Górotworu. Wyd. Katedry Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki AGH. Kraków, s. 519-530.
• [18] Sysik, P. i Siemińska-Lewandowska, A. 2006. Zastosowanie metody zbiorów losowych do obliczeń tunelu budowanego nową metodą austriacką (NATM). Górnictwo i Geoinżynieria nr 3/1, s. 1-5.
• [19] Tonon, F. i Bemardini, A. 1998. A random set approach to the optimization of uncertain structures. Computers and Structures 68 (6) (1998), s. 583-600.
• [20] Tonon, F., Bernardi, A. i Mammio, A. 2000. Determination of parameters in rock engineering by means of Random Set Theory. Reliability Engineering and System Safety 70, s. 241-261. D0I:10.1016/S0951-8320(00)00058-2.
• [21] Zabuski, L., Thiel, K. i Bober, L. 1999. Osuwiska we fliszu Karpat polskich. Wyd. OBW PAN.