Determining mechanical properties and material models of subsoil for buildings in mining areas

• Autorzy: Florkowska L. , Walaszczyk J. , Maj A.

Warianty tytułu

PL

Określanie właściwości mechanicznych i modelu materiałowego podłoża dla obiektów posadowionych na terenach górniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper discusses issues related to determining impact of mining exploitation on buildings - the analytical process supported by numerical modelling. Numerical simulation tools are used to analyze the interaction between buildings and deforming soil i.a. to accurately forecast the impact of mining work. In order to carry out those analyses correctly, mining, geological and construction conditions have to be investigated reliably. In this paper, issues related to modelling soil have been presented. Particularly in terms of determining mining influences, investigating foundation conditions and assuming a material model. Deformation processes taking place in soil and caused by mining exploitation have been characterized, and forecasting the impact of mining exploitation on surface has been generally discussed. Moreover, requirements concerning identification of subsoil beneath buildings founded on mining areas have been cited and the most important methods have been listed. Then, by concentrating on issues related to accurate analysis of mining influences, numerical modelling has been proposed as a tool to carry out such analysis. In that respect, examples of selecting constitutive equations and determining their values have been presented. Those examples concern two geologic materials: sandy loam and sandstone. Laboratory experiments were carried out for each. Their results and selected constitutive equations have been presented along with determined parameter values. The impact of basic mechanical parameters of soil: elastic modulus and Poisson's ratio on stress distribution beneath wall footing have also been presented.

PL

Zawarta w artykule problematyka związana jest z wyznaczaniem wpływu eksploatacji górniczej na obiekty budowlane przy zastosowaniu metod modelowania numerycznego. Narzędzia symulacji numerycznych stosowane są w analizie współpracy budynku z deformującym podłożem m.in. w celu opracowania szczegółowej prognozy oddziaływania robót górniczych. Warunkiem prawidłowego przeprowadzenia tego rodzaju analizy jest rzetelne rozpoznanie warunków górniczych, geologicznych i konstrukcyjnych. W pracy przedstawione zostały zagadnienia związane z modelowaniem podłoża obiektu w aspekcie wyznaczania oddziaływań górniczych, rozpoznania warunków posadowienia i przyjęcia modelu materiałowego. W tym zakresie scharakteryzowano procesy deformacyjne zachodzące w podłożu wskutek oddziaływania eksploatacji, omówiono ogólnie zagadnienie sporządzania prognozy wpływów eksploatacji górniczej na powierzchnię, przytoczono wymagania dotyczące rozpoznania podłoża obiektów posadowionych na terenach górniczych oraz wymieniono ważniejsze metody tego rodzaju rozpoznania. Koncentrując się następnie na zagadnieniach związanych z opracowaniem szczegółowej analizy oddziaływania eksploatacji zaproponowano zastosowanie modelowania numerycznego, jako narzędzia tego typu analiz. Pod tym kątem przedstawiono przykłady doboru prawa materiałowego podłoża oraz wyznaczenia wartości jego parametrów. Przykłady te dotyczą dwóch materiałów geologicznych: gliny piaszczystej oraz piaskowca. Dla każdego z nich omówiono zakres przeprowadzonych badań laboratoryjnych, przytoczono wyniki oraz przedstawiono wybrane prawo materiałowe z wyznaczonymi wartościami parametrów. Przedstawiona została także analiza wpływu wartości podstawowych parametrów mechanicznych podłoża: modułu sprężystości podłużnej, i współczynnika Poissona na rozkład naprężeń pod ławą fundamentową.

Słowa kluczowe

EN

subsoil; mining damage; material model; mechanical properties; forecasting; geotechnical conditions for foundations

PL

podłoże; szkody górnicze; model materiałowy; właściwości mechaniczne; prognozowanie; warunki geotechniczne posadowienia

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: AGH Journal of Mining and Geoengineering
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 36, no. 1
• Strony: 165--178
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., wykr.

Twórcy

autor

Florkowska L.

• Polish Academy of Sciences, Strata Mechanics Research Institute, Kraków

autor

Walaszczyk J.

• Polish Academy of Science, Strata Mechanics Research Institute, Kraków
• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Kraków

autor

Maj A.

• Polish Academy of Sciences, Strata Mechanics Research Institute, Kraków

Bibliografia

• [1] Bagińska I.: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego metodami polowymi w ujęciu Eur kodu 7 [Field Methods of Investigating and Testing Subsoil from Perspective of Eurocode 7]. Górnictwo i Geoinżynieria. [Mining and Geoengineering]. 2009, R. 33, z. 1, p. 39-46.
• [2] Florkowska L.: Land subsidence due to Mining Operations in Disturbed Rock Mass, on the Example of Ruda Śląska (Poland). Archives of Mining Sciences. Volume 55. Kraków 2010. p. 691-701.
• [3] Florkowska L.: Zastosowanie numerycznej mechaniki nieliniowej w zagadnieniach ochrony budynków na terenach górniczych [Non-linear Numerical Mechanics in Issues of Protecting Buildings Located in Mining Areas]. Archives of Mining Sciences. Monografia. Nr 11. Kraków, 2010.
• [4] Florkowska L., Walaszczyk J., Cygan J., Maj A.: Dobór i kalibracja praw konstytutywnych dla podłoża obiektów budowlanych [Selection and Calibration of Constituting Laws for Subsoil]. Prace IMG PAN. [Transactions of the Strata Mechanics Research Institute]. Kraków 2011 (in press).
• [5] Gustkiewicz J., Nowakowski A.: Deformacje i pękanie skał w warunkach laboratoryjnych [Deformation and Cracking of Rock under Laboratory Conditions]. Archives of Mining Sciences. Vol. 49 spec.
• [6] Izbicki R., Łydżba D.: Podstawy teoretyczne w geotechnice [Theoretical Foundations of Geo- technical Engineering]. Inżynieria Morska i Geotechnika [Hydraulic Engineering and Geo- technical Engineering]. 2004, nr 1, p. 28-37.
• [7] Knothe S. (A): Równanie profilu ostatecznie wykształconej niecki osiadania [Equation of Subsiding trough's Curvature]. Archiwum Górnictwa i Hutnictwa [Archives of Mining and Metallurgy Sciences] Tom 1, Zeszyt 1, 1953.
• [8] Knothe S. (B): Wpływ czasu na kształtowanie się niecki osiadania [Time Influence on Formation of a Subsidence Through]. Archiwum Górnictwa i Hutnictwa [Archives of Mining and Metallurgy Sciences]. Tom 1, Zeszyt 1, 1953, p. 128-139.
• [9] Koszela J., Koszela-Marek E.: Engineering Geology and Geotechnics in Civil Engineering. Studia Geotechnica et Mechanica. 2009, vol. 31, nr 4, p. 17-23.
• [10] Kwiatek J. (red.): Ochrona obiektów budowlanych na terenach górniczych [Protection of Buildings in Mining Areas]. Wydawnictwo GIG. 1997.
• [11] Popiołek E.: Ochrona terenów górniczych [Protection of Mining Areas]. Kraków. Wyd. AGH. 2009.
• [12] Sałustowicz A.: Mechanika górotworu. Górnictwo tom III: Mechanika Górotworu, Część I, [Mechanics of Rock Mass]. Stalinogród, Wydawnictwo Górniczo-Hutnicze, 1955.
• [13] Theory Manual. ABAQUS by Karlsson & Sorensen, Inc. Hibbitt (1998).
• [14] Thiel K.: Mechanika skał w inżynierii wodnej [Rock Mechanics in Hydraulic Engineering]. PWN. Warszawa 1980.
• [15] Wiłun Z.: Mechanika gruntów i gruntoznawstwo drogowe [Soil Mechanics and Soil Science of Roads]. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności. Warszawa 1969.
• [16] Eurokod PN-EN 1990: Podstawy projektowania konstrukcji [Eurocode PN-EN 1990: Basis of structural design].
• [17] Eurokod 7 PN-EN 1997-1: Projektowanie geotechniczne. Zasady ogólne [Eurocode 7 PN-EN 1997-1: Geotechnical design General rules].
• [18] Instrukcja ITB nr 416/2006: Projektowanie budynków na terenach górniczych. ITB, Warszawa 2006 [ITB manual No. 416/2006: Desinging buildings in mining areas ITB, Warsaw 2006].
• [19] Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (Dz.U. nr 89, poz. 414) [Act from 7 July 1994 Act Building Law (Journal of Laws, No. 89, item 414)].
• [20] Ustawa z dnia 9 czerwca 2011 r. Prawo geologiczne i górnicze (Dz.U. nr 163, poz. 981) [Act from 9 June 2011 Geological and Mining Law (Journal of Laws, No. 163, item 981)].
• [21] PN-B-02479:1998: Geotechnika. Dokumentowanie geotechniczne. Zasady ogólne [PN-B- 02479: 1998 Geotechnic. Geotechnical documenting. General rules].
• [22] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. nr 75, poz. 690 z późn. zm.) [Regulation issued by the Minister of Infrastructure from 12 April 2002 concerning technical requirements, with which buildings and their location should comply (Journal of Laws, No. 75, item 690 and further amendments)].
• [23] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 3 lipca 2003 w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego (Dz.U. nr 120 poz. 1133) [Regulation issued by the Minister of Infrastructure from 3 July 2003 concerning detailed scope and form of construction projects (Journal of Laws, No. 120, item 1133)].
• [24] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 24 września 1998 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych (Dz.U. nr 126, poz. 839) [Regulation of Minister of Internal Affairs and Administration from 24 September 1998 concerning determination of geotechnical conditions of founding buildings (Journal of Laws, No. 126, item 839)].
• [25] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 23 grudnia 2011 r. w sprawie dokumentacji hydrogeologicznej i dokumentacji geologiczno-inżynierskiej (Dz.U. nr 291, poz. 16 988) [Regulation issued by the Environment minister from 23 December 2011 concerning hydrogeological documentation and geologic-engineering documentation (Journal of Laws, No. 291, item 16 988)].