Assessment of the risk of road embankment instability due to water filtration using fully coupled numerical analysis

• Autorzy: Just Miłosz

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2025.154136

Warianty tytułu

PL

Ocena ryzyka niestabilności nasypu drogowego pod wpływem filtracji wody za pomocą w pełni sprzężonej analizy numerycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The cut-off walls of infrastructural ground structures are a vital aspect of geotechnical engineering, with the array of available technologies in this domain continually expanding. Polyvinyl chloride (PVC) sheet pile walls are gaining popularity and have become a significant choice in design solutions, despite the long-standing recognition of sheet pile walls in their traditional steel form. This paper presents a case study focusing on a road embankment of a Provincial Road number 181 in Poland. It provides a historical perspective of the embankment, details the soil and water conditions of the area, and conducts an extensive analysis of filtration through embankment at various construction stages using the Finite Element Method. The study offers insights into the three-dimensional model, incorporating a fully coupled stress and seepage analysis. The results encompass water flow paths, slope stability, and displacements before and after the construction of the impermeable barrier, providing a comprehensive view of this modern and eco-friendly engineering solution.

PL

Przesłony przeciwfiltracyjne budowli ziemnych stanowią istotny element geotechniki, a zakres dostępnych technologii ograniczających przepływ wody stale się poszerza. Ścianki szczelne wykonane z polichlorku winylu (PVC) zyskują na popularności oraz stanowią coraz częstszy wybór projektantów, pomimo wieloletniego stosowania ich w swojej tradycyjnej stalowej formie. Niniejszy artykuł przedstawia studium przypadku nasypu drogowego drogi wojewódzkiej nr 181 w miejscowości Drawski Młyn. Przedstawiono kontekst historyczny, opisano warunki gruntowo-wodne oraz przeprowadzono obszerną analizę filtracji przez nasyp w różnych etapach budowy przy użyciu metody elementów skończonych. W artykule zaprezentowano trójwymiarowy model numeryczny, na którym wykonano w pełni sprzężoną analizę naprężeń i przepływu. Wyniki zawarte w publikacji obejmują ścieżki przepływu wody przez nasyp, stateczności skarpy oraz przemieszczenia przed i po wykonaniu przesłony, przedstawiając nowoczesne i ekologiczne rozwiązanie tego problemu inżynierskiego.

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 71, nr 2
• Strony: 537--550
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il.

Twórcy

autor

Just Miłosz

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8081-2962

Bibliografia

• [1] GTS NX Analysis Reference Manual, Midas Ltd.
• [2] P. Łęcki, K. Rożnowski, M. Nowak, and M. Nyćkowiak, “Opinia geotechniczna dokumentacja badań podłoża gruntowego dla określenia geotechnicznych warunków posadowienia nasypu drogowego drogi wojewódzkiej nr 181 w km (około) 21 + 480 ÷ 21 + 610, w miejscowosci Drawski Młyn”, GT Projekt, Swadzim, 2020.
• [3] P. Łęcki, J. Nawracała, and M. Just, “Projekt Wykonawczy – Zabezpieczenie i uszczelnienie nasypu drogowego Drogi Wojewódzkiej nr 181 w miejscowości Drawski Młyn”, GT Projekt, Swadzim, 2020.
• [4] A. Szymkiewicz, Z. Sikora, R. Ossowski, and W. Tisler, “Właściwości retencyjne, przewodność hydrauliczna i naprężenia efektywne w gruntach nienasyconych”, Inżynieria Morska i Geotechnika, no. 5, pp. 445-452, 2014.
• [5] D.M. Rakic, S. Vulovic, M.M Živković, and D. Divac, “Embankment dam stability analysis using FEM”, presented at 3rd South-East European Conference on Computational Mechanics, 12-14 June, Kos Island, Greece, 2013.
• [6] L.J. Lund, Indirect methods for estimating the hydraulic properties of unsaturated soils - Proceedings of the International Workshop on Indirect Methods for Estimating Hydraulic properties of Unsaturated Soils, Riverside October 11-13, 1989. Riverside, California, 1989.
• [7] J. Zhu and B.P. Mohanty, “Effective hydraulic parameters for steady state vertical flow in heterogeneous soils”, Water Resources Research, vol. 39, no. 8, 2003, doi: 10.1029/2002wr001831.
• [8] N.E. Touchstone, “Deflection and Creep of Polyvinyl Chloride (PVC) Sheet Piling”, PhD Thesis, University of Georgia, 2010.
• [9] T. Brandyk and K. Skąpski, “Ocena wysokości przesiąku kapilarnego w kilku profilach mad rzecznych”, Roczniki Gleboznawcze, vol. 43, no. 1/2, pp. 5-17, 1993.
• [10] P.K. Dutta and U. Vaidya, “A Study of the long-term applications of vinyl sheet piles”, Cold Regions Research and Engineering Laboratory Report, U.S. Army Corps of Engineers, 2003.
• [11] M.A. op de Kelder, “2D FEM analysis compared with the in-situ deformation measurements: A small study on the performance of the HS and HSsmall model in a design”, Plaxis Bulletin, 2011.
• [12] D.A. El Molla, “Seepage through homogeneous earth dams provided with a vertical sheet pile and formed on impervious foundation”, Ain Shams Engineering Journal, vol. 10, no. 3, pp. 529-539, 2019, doi: 10.1016/j.asej.2018.12.008.
• [13] E. Malinowska, “Charakterystyki przepływu w procesie konsolidacji gruntów organicznych”, Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej, vol. 29, pp. 149-159, 2006.
• [14] Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie. Dz. U. Nr 43 poz. 430 z 14 maja 1999 r.
• [15] L. Wysokiński, Ocena stateczności skarp i zboczy. Warszawa: Instytut Techniki Budowlanej, 2010.
• [16] Ł. Górecki, “Keramzyt i Styropian jako lekkie wypełnienia nasypów drogowych”, Izolacje, vol. 25, no. 6, pp. 72-76, 2020.
• [17] J. Stacho, J. Frankovská, and P. Mušec, “Numerical Analysis of Stone Columns for Road Embankment Construction”, in Proceedings of China-Europe Conference on Geotechnical Engineering, vol. 2. Springer, 2018, pp. 1730-1733, doi: 10.1007/978-3-319-97115-5_180.
• [18] P. Kokotkiewicz and M. Trzciński, “Przykład uszkodzeń drogi na słabonośnym podłożu wzmocnionym w technologii iniekcji rozpychającej”, Inżynieria Morska i Geotechnika, no. 5, pp. 232-241, 2017.
• [19] A. Banaś, L. Bałachowski, A. Kuryłowicz, and A. Poteraj-Olesiak, “Innovative method of strengthening soil behind the abutment by using geopolymer injections”, Builder, vol. 278, no. 9, pp. 24-28, 2020, doi: 10.5604/01.3001.0014.3581.
• [20] K. Jendrysik, M. Jończyk, and P. Kanty, “Mass stabilization as a modern method of substrate strengthening”, Materials Today: Proceedings, vol. 38, no. 4, pp. 2068-2072, 2021, doi: 10.1016/j.matpr.2020.10.143.
• [21] O. Merska and W. Sorociak, “Mieszanki MCE – technologia z myślą o srodowisku”, Drogi Publiczne, no. 5, pp. 44-47, 2021.