W niniejszym artykule przedstawiono wyniki obliczeń komputerowych modeli przekrojów wyrobisk podziemnych zabezpieczonych obudową sklepioną betonową. Obliczenia statyczne przeprowadzono przy użyciu programu komputerowego Autodesk Robot Structural Analysis Professional metodą MES. Przebadano 189 modeli przekrojów wyrobisk o odmiennych parametrach (grubość obudowy, klasa betonu, szerokość wyrobiska, rodzaj skał otaczających). Modele komputerowe tworzone były na podstawie wcześniej wyznaczonych modeli analitycznych zgodnych z wymogami projektowymi zawartymi w polskich normach górniczych i budowlanych.
EN
The article presents the results of computer calculations of underground workings models supported by concrete vaulted lining. Static calculations were carried out using a computer code Autodesk Robot Structural Analysis Professional by FEM method. 189 models of different cross sections of the workings' parameters (the thickness of the lining, concrete class, the width of working, type of surrounding rocks) were tested. Computer models were based on analytical models previously designed in accordance with the design requirements of the Polish mining and civil engineering standards.
Obudowa sklepiona betonowa odgrywa szczególną rolę w budownictwie podziemnym jako obudowa wyrobisk w bardzo trudnych warunkach hydrogeologicznych. W procesie projektowania tej obudowy największą trudność sprawia obliczenie wartości sił wewnętrznych z uwzględnieniem sił odporu sprężystego górotworu. Celem pracy jest przedstawienie zasadniczych wyników badań nad opracowaniem nomogramów do określania wartości sił wewnętrznych w obudowie sklepionej betonowej potrzebnych do sprawdzania nośności tej obudowy zgodnie z normami PN-G-05020:1997 oraz PN-B-03264:2002. Wykonane badania pozwoliły również na sformułowanie wniosków, które ujęto w podsumowaniu.
EN
The vault concrete lining takes a particular role in underground construction as a lining of excavations in very difficult hydrogeological conditions. The calculation of the values of the internal forces in the lining with regard of the elastic passive rockmass pressure causes the greatest difficulty in the designing process of the lining. The aim of the paper is the presentation of the main results of research on an elaboration of the nomographs to evaluating the values of the internal forces in the vault concrete lining which are necessary to check the bearing capacity of this lining in accordance with the regulations of the Polish Standards PN-G-05020:1997 and PN-B-03264:2002. The investigations executed have permitted also to express the conclusions which have been formulated in the end of the paper.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule (w obu jego częściach) przybliżono specjalistom-projektantom przekonanie, że projektowanie obudowy wyrobisk podziemnych stanowi pewien proces doskonalenia zasad towarzyszący pogłębianiu wiedzy o własnościach górotworu i materiałów obudowy. W rozdziale 2 (nr 4/2009) omówiono obecnie stosowane zasady projektowania, które poprzedzono krótkim rysem historycznym. W rozdziale 3 (nr 1/2010) omówiono ważniejsze modele obliczeniowe stosowane obecnie w obliczeniach projektowych. Całość rozważań zakończona jest wnioskami, kreślącymi dalsze kierunki rozwoju metod projektowania obudowy.
EN
The article (in both its parts) brought closer a conviction to professionals-designers that designing of support for underground workings constitutes a process of refinement of rules accompanying the intensification of knowledge acquisition about the properties of rockmass and materials for the support. In Chapter 2 (No 4/2009) current rules of designing were discussed, which were preceded by a brief historical feature. In Chapter 3 (No 1/2010) more important computational models, currently used in calculations during the designing process, were discussed. The whole discussion is completed with conclusions sketching future directions of the support's designing methods development.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki analizy porównawczej trzech "normatywnych" metod projektowania i doboru obudowy stalowej ŁP wyrobisk korytarzowych. Ogólnie wykonano obliczenia 81 zestawów danych do każdej metody. Na podstawie otrzymanych wyników sporządzono wykresy obciążeń oraz rozstawu odrzwi obudowy. Z analizy wynika, że najszersze możliwości zastosowania, z wszystkich porównanych metod, ma metoda 3. Korzystając z niej, można dokonać doboru obudowy wyrobisk korytarzowych, połączeń wyrobisk oraz skrzyżowań ścian z chodnikami przyścianowymi. Różnice uzyskanych wyników obliczeń obciążenia oraz rozstawu odrzwi obudowy, między poszczególnymi metodami, należy tłumaczyć brakiem dostatecznej wiedzy na temat zjawisk zachodzących w górotworze w sąsiedztwie projektowanego wyrobiska, a w szczególności brakiem jej doświadczalnego potwierdzenia.
EN
The article presents the results of a comparative analysis of three "standardized" methods for design and selection of steel arch yielding supports ŁP used in roadways. In general, the calculation was performed of 81 sets of data for each method. On the basis of the drawn results graphs were prepared of loads and spacing of each arch support set. The analysis shows that method 3 has the widest possible use of all compared methods. Using it, one select a support of the roadway, support of junctions and c and intersections of longwalls with longwall entries. Differences in the obtained results of computations of loads and spacing of arch support sets between various methods should be explained by the lack of sufficient knowledge about the phenomena occurring in the strata in the vicinity of the planned working and, in particular by the lack of its experimental confirmation.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono osiągnięcia polskiego budownictwa podziemnego, a na tym tle - dokonania AGH w tym zakresie. Zwrócono uwagę na związek polskiego budownictwa podziemnego z górnictwem. Podkreślono osiągnięcia w trzech zasadniczych kierunkach: - technologia budownictwa podziemnego, - nowe konstrukcje obudowy wyrobisk podziemnych i metody ich projektowania, - doskonalenie technologii likwidacji kopalń. Przedstawiono bariery hamujące rozwój budownictwa podziemnego. W podsumowaniu podkreślono, że we wszystkich pracach na rzecz rozwoju polskiego budownictwa podziemnego obserwuje się znaczący wkład specjalistów AGH.
EN
The achievements of The Polish underground construction are presented and on this background the accomplishment of the AGH in this range. Connection of the Polish underground construction with mining is pointed out. Achievements in the three basic directions are stressed: underground construction technology, new constructions of underground workings support and their designing methods, mine liquidation technology improvement Barriers restraining development of underground construction are presented. In summary the significant contribution of the AGH specialists to the works for development of the Polish underground construction is stressed.
Budownictwo podziemne w Polsce doznało szybkiego rozwoju w okresie koniunktury w górnictwie, a pogarszające się warunki geologiczno-górnicze stały się stymulatorem do konstrukcji nowych rodzajów obudowy. Szczególną rolę odegrały konstrukcje nowych typów obudowy wyrobisk długotrwałych (szyby, przecznice, komory itp.). Praca stanowi przegląd podstawowych dokonań w tym zakresie. Przedstawione typy obudowy oraz metody ich obliczeń były rezultatem wieloletnich prac badawczych oraz doświadczeń praktycznych. W procesie projektowania zastosowano wiele modeli obliczeniowych. Związana z nimi praktyka projektowa pozwala na wykorzystanie opracowanych metod w obliczeniach statycznych innych budowli podziemnych, np. tuneli komunikacyjnych, hydrotechnicznych itp.
EN
Underground construction in Poland underwent a rapid development over the period of prosperity in mining and the worsening geological-mining conditions became the incentive to create new constructions of support. A particular role was taken by long-term excavations' support and lining (shafts, crosscuts, chambers etc.). The paper constitutes the review of base achievements in this field. The types of the support and lining presented and the methods for their calculations were the results of many years of research and practical experiments. Many calculation models were used in the design process. The designing practice related allow to use these in statical calculations of other underground structures, like communication tunnels, hydroengineering objects etc.
Obudowa złożona ze stalowych łuków podatnych jest obecnie uznawana za najbardziej odpowiedni typ konstrukcji do zabezpieczania długotrwałych wyrobisk korytarzowych w przypadku ich lokalizacji w skałach zwięzłych o średnio zaawansowanej tektonice i charakteryzujących się odpornością na działanie atmosfery kopalnianej. W artykule przedstawiono wyniki analizy porównawczej trzech "normatywnych" metod projektowania i doboru obudowy stalowej ŁP wyrobisk korytarzowych. Ogólnie wykonano obliczenia 81 zestawów danych dla każdej metody. Na podstawie otrzymanych wyników sporządzono wykresy obciążeń oraz rozstawu odrzwi obudowy. Z przeprowadzonej analizy wynika, że najszersze możliwości zastosowania, z wszystkich porównanych metod, ma metoda 3. Korzystając z niej można dokonać doboru obudowy wyrobisk korytarzowych, połączeń wyrobisk oraz skrzyżowań ścian z chodnikami przyścianowymi. Różnice uzyskanych wyników obliczeń obciążenia oraz rozstawu odrzwi obudowy, pomiędzy poszczególnymi metodami, należy tłumaczyć brakiem dostatecznej wiedzy na temat zjawisk zachodzących w górotworze w sąsiedztwie projektowanego wyrobiska, a w szczególności brakiem jej doświadczalnego potwierdzenia.
EN
The steel arch support is recognized as the most useful type of structure for the protection of underground excavations. This paper presents results of comparative analysis of the three standard methods of designing and selection of steel arch support. For each of method were counted 81 sets of data. The bar charts of load and set span were prepared according to calculation results. From the analysis comes out that the third method has the widest application from three of compared ones. Using this method is possible to select the steel arch support for the excavations and junction and crossings of working as well. Differences between the results of the each method result from lack of the knowledge about rockmass effects around of designed working.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Celem autora tego artykułu jest przybliżenie jego tematyki specjalistom-projektantom, pokazanie, że projektowanie obudowy wyrobisk podziemnych stanowi pewien proces doskonalenia zasad towarzyszący pogłębianiu wiedzy o własnościach górotworu i materiałów obudowy. W rozdziale 2 omówiono obecnie stosowane zasady projektowania, które poprzedzono krótkim rysem historycznym. Rozdział 3 poświęcony jest omówieniu ważniejszych modeli obliczeniowych stosowanych obecnie w obliczeniach projektowych. Całość rozważań zakończona jest wnioskami, kreślącymi dalsze kierunki rozwoju metod projektowania obudowy.
EN
The aim of the author of this article is to acquaint the subject matter to specialists-designers to show that the designing of underground workings' support is a process of refinement of rules accompanying the acquisition of knowledge about the properties of rockmass and materials of the support. Chapter 2 discusses the current rules of designing, which were preceded by a brief historical feature. Chapter 3 is devoted to discussion of more important computational models currently used in the design calculations. The whole discussion is completed with conclusions determining future development directions of designing methods of the support.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule podjęto się określenia wartości sił wewnętrznych występujących w obudowie sklepionej wyrobisk korytarzowych w zależności od różnych czynników górniczych i geotechnicznych. Obliczenia przeprowadzono zgodnie z normą (PN-G-05020:1997) dla 72 zestawów danych wyjściowych. Wartości sił wewnętrznych obliczono przy użyciu programu RoboBat Robot Millennium z uwzględnieniem odporu sprężystego górotworu. W wyniku analizy zaproponowano wzory na obliczanie sił wewnętrznych w przekrojach niebezpiecznych. Stwierdzono, że siły wewnętrzne w obudowie sklepionej betonowej zależą od szerokości wyrobiska, grubości obudowy i wskaźnika zwięzłości skał, natomiast w obliczeniach pominąć można wysokość murów prostych i współczynnik sprężystości betonu.
EN
The article undertakes an attempt to determine the Values of internal Force occurring in a vaulted lining of roadways depending on various Mining and geotechnical factors. The calculations were done in conformity (PN-G-05020:1997) standard for 72 sets of input data. The values of internal forces were calculated with the use RoboBat Robot Millennium program with taking the account of the passive elastic pressure of the strata. In the result of the said assessment formulae were suggested for calculation of internal force in dangerous cross-sections. It has been determined that internal forces in a vaulted lining made of concrete depend on the width of the working, thickness of the lining and the index of rocks compactness. We can, however, disregard the height of straight walls and the coefficient of the concrete's elasticity in the calculations.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Oceny stateczności skarp i zboczy dokonuje się zwykle przy użyciu współczynnika (stopnia) pewności (bezpieczeństwa) skarpy lub współczynnika (wskaźnika) stateczności skarpy. Metody określania wartości tego współczynnika posiadają duże znaczenie przy projektowaniu skarp i zboczy oraz przy sporządzaniu ekspertyz stateczności, natomiast są niedogodne przy bieżącym monitoringu pracy tych budowli ziemnych z zastosowaniem np. pomiarów inklinometrycznych. W pracy przedstawiono metodę oceny stateczności ośrodka gruntowego opracowaną na podstawie analizy wartości przemieszczeń poziomych mierzonych za pośrednictwem inklinometrów. Działania w tym zakresie zostały przeprowadzone w dwóch zasadniczych kierunkach: - w oparciu o zaproponowaną metodę redukcji wartości współczynnika sprężystości gruntu, - w oparciu o przeprowadzoną analizę stanu wytężenia górotworu w osi otworu inklinometrycznego i jego związku ze statecznością skarpy. W obydwóch podejściach wykorzystano obliczenia komputerowe współczynnika stateczności skarpy wykonane z użyciem programu ZSoil Weryfikacji opracowanej metody dokonano dla warunków KWB "Bełchatów" w rozdz. 3pracy. Rozdz. 4 zawiera wnioski, stwierdzające m. in., że opracowany sposób oceny może być zaproponowany do wykorzystania praktycznego.
EN
The slope stability analysis is usually carried out using the factor (degree) of slope safety or the factor (coefficient) of slope stability. Methods of estimating the value of this factor have great significance both for designing the slopes and preparing the experts reports on its stability, but they are inconvenient for the current monitoring of these earthen structures with the use e.g. inclinometric measurements. This work presents the method of the ground media stability evaluation devised on the basis of horizontal displacement value analysis, measured with the use of inclinometers. Two modes of action in this field were undertaken: - action based on the proposed reduction of the soil elasticity modulus value, - action based on the conducted analysis of the state of soil effort in the inclinometer hole axis and its relation to slope stability. Both approaches involve computer calculations of the slope stability factor made with the ZSoil code. The verification of the method worked out for the conditions of the "Bełchatów" brown coal open pit mine (described in chapter 3) was presented. The conclusions concerning a.o. the possibility of using the method were included in chapter 4.
Doświadczenia krajowe wskazują, że metoda zamrażania górotworu może być stosowana praktycznie we wszystkich warunkach geologiczno-górniczych; jedynym ograniczeniem są tutaj koszty, które w wielu przypadkach czynią głębienie tą metodą nieopłacalne. Nagromadzone wyniki badań i zapotrzebowanie na stosowanie tej technologii uzasadniają potrzebę opracowania udoskonalonych zasad projektowania technologii zamrażania górotworu dla głębienia szybów w warunkach zawodnionego nadkładu o dużej grubości. Zasady te powinny opierać się na opracowanych wcześniej wytycznych, które wykazały swą przydatność przy projektowaniu zamrażania górotworu w warunkach LZW.
EN
Domestic experiences indicate that the method of rock mass freezing may be applied practically in all geological-mining conditions; the sole limitation here are the costs, which, in many cases, render deepening with this method uneconomic. The collected research results and the need for applying this technology substantiate the requirement of evolving refined principles of designing technologies of freezing the rock mass to deepen shafts in the conditions of water-logged overlay of considerable thickness. These principles ought to be based upon previously elaborated guidelines that had proved their suitability during the designing of the rock mass freezing in the conditions of the Lublin Coal Basin.
Znaczenie bezpieczeństwa skarp dla życia ludzkiego i dla gospodarki powoduje, że obiekty te obejmuje się bieżącą kontrolą (monitoringiem), wykonywaną m.in. przy użyciu pomiarów inklinometrycznych. W celu pełnego wykorzystania wyników pomiarów bardzo ważna jest ich prawidłowa interpretacja. Podstawę do analizy stanowi przebieg przemieszczeń poziomych osi otworu inklinometrycznego uzyskany z pomiarów. Na podstawie przeprowadzonych badań opracowano dwie metody szacowania stateczności skarpy (zbocza): metodę redukcji wartości współczynnika sprężystości gruntu oraz metodę analizy stanu wytężenia górotworu w osi otworu inklinometrycznego i jego związku ze statecznością skarpy. Uzyskana w ten sposób krytyczna wartość przemieszczenia poziomego jest miarodajna przy ocenie stateczności skarpy (zbocza) w oparciu o wyniki pomiarów inklinometrycznych.
EN
The importance of slope safety for the human life and economy ensures the constant control (monitoring) of these objects, conducted with inclinometric measurement, among other means. In order to provide full implementation of the measurement readings, their correct interpretation is essential. The course of horizontal shifts of the inclinometer hole axis obtained from the measurements constitutes the basis for the analysis. In the light of the conducted research, two methods of evaluating slope stability were evolved: the method of reducing the soil elasticity factor value and the method of analyzing the state of soil effort in the inclinometer hole axis and its relation to slope stability. The critical horizontal shift value obtained in this way is reliable in slope stability evaluation on the basis of inclinometric measurements.
Jednym z elementów projektowania obudowy powłokowej jest sprawdzenie jej podatności, które polega na wykazaniu, że konstrukcyjna podatność obudowy jest większa od wymuszonych przemieszczeń górotworu. W artykule wykazano, że występujący we wzorze (21) normy (PN-G-05600:1998) współczynnik liczbowy 0,9 posiada zróżnicowaną wartość zależną od parametrów mechanicznych górotworu i obudowy. Analizę przeprowadzono w oparciu o rozwiązanie podane w pracy [9] przy założeniu sprężystej pracy obudowy i górotworu. Obliczenia przeprowadzono dla 8 rodzajów górotworu scharakteryzowanych wartościami współczynnika zwięzłości według Protodiakonowa f= 1,5-5 oraz dla 13 przekrojów obudowy według (PN-G-06010:1998) o polu przekroju w świetle wyrobiska w granicach od 10 do 53 m2. Wyniki pracy potwierdzają wysunięte przypuszczenia. Podana w normie (PN-G-05600:1998) wartość 0,9 odpowiada wartościom K uzyskanym dla współczynnika podatności obudowy k2 obliczonego ze wzoru (25). Jest to przypadek, w którym współczynnik podatności obudowy stanowi ok. 60% współczynnika podatności górotworu.
EN
One of the elements of designing shell lining is checking its flexibility, which consists in demonstrating that the structural flexibility of the lining is greater than the forced rock mass shifts. The paper shows that the numerical factor 0,9 presented in the formula (21) of the standard (PN-G-05600:1998) has a diversified value dependent on the mechanical parameters of the rock mass and the lining. The analysis has been carried out on the basis of the solution evolved in the paper [9], with the assumption of the elastic work of the lining and the rock mass. Calculations have been made for 8 kinds of rock mass, characterized by values of the rock-hardness factor according to Protodiakonov f= 1.5-5 and for 13 lining sections according to (PN-G-06010:1998) at the cross-sectional area in the inside diameter of the mine working ranging from 10 to 53 square meters. The results of the work confirm the stated assumptions. The value 0.9 given in the standard (PN-G-05600:1998) corresponds to the values of K obtained for the lining flexibility factor k2 calculated with the formula (25). This is a case in which the lining flexibility factor constitutes around 60% of the rock mass flexibility factor.
Akademia Górniczo-Hutnicza należy do największych i najważniejszych wyższych uczelni technicznych w kraju; w rankingach zajmuje zawsze czołowe miejsca. Działalność dydaktyczna Uczelni prowadzona jest na 15 wydziałach oraz w dwóch międzywydziałowych szkołach. W artykule przedstawiono podstawowe zasady kształcenia kadr budownictwa podziemnego w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Wskazano na związki stosowanego systemu kształcenia z opcją środowiskową, traktującą jako punkt początkowy środowisko górnicze (górotwór). Zwrócono uwagę na pozytywną cechę systemu ułatwiającą pozyskanie pracy ("uczelnia, która daje pracę") oraz na krok w kierunku realizacji sylwetki geoinżyniera.
EN
The AGH University of Science and Technology in Kraków is one of the largest and most important technical universities in the country; it is always classified high in rankings. The didactic activity of the University is conducted in 15 departments and two interdepartment schools. In the paper, the basic principles of underground construction staff training in the AGH University of Science and Technology have been presented. It points out the relations between the applied educational system with the environmental option, considering the mining environment (the rock mass) as the starting point. The advantage of the system facilitating the attainment of jobs (,,the university that gives jobs") and the step towards the realization of a geoengineer's profile have been capitalized upon.
Rozwój techniki budownictwa podziemnego w Polsce w okresie powojennym spowodował udoskonalenie techniki drążenia i obudowy wyrobisk podziemnych, a w szczególności konstrukcji obudowy podziemnych wyrobisk korytarzowych. Do wymiarowania konstrukcji obudów opracowano różnorodne metody obliczeń. W celu porównania tych metod przeprowadzono obliczenia dla 27 wariantów obliczeniowych. Uzyskane duże rozbieżności pomiędzy obliczonymi wartościami wynikają z braku weryfikacji tych wyników obliczeń z wynikami pomiarów obciążeń in situ. Wynika stąd, że nie można opierać się wyłącznie na wynikach obliczeń: konieczne jest prowadzenie pomiarów w warunkach kopalnianych.
EN
The development of underground construction technology in the post-war period in Poland caused the improvement of the technique of driving and lining underground workings, in particular the construction of underground dog heading linings. In order to compare these methods, calculations have been made for 27 analytical variants. The obtained large discrepancies among the calculated values result from the lack of verification of these calculation results with load measurements in situ. It can thus be inferred that sole calculation results cannot be relied upon: carrying out measurements in mine conditions is essential.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Akademia Górniczo-Hutnicza należy do największych i najważniejszych wyższych uczelni technicznych w kraju; w rankingach zajmuje zawsze czołowe miejsca. Działalność dydaktyczna Uczelni prowadzona jest na 15 wydziałach oraz dwóch międzywydziałowych szkołach. W artykule niniejszym przedstawiono podstawowe zasady kształcenia kadr budownictwa podziemnego w Akademii Górniczo-Hutniczej. Wskazano na związki systemu kształcenia z opcją środowiskową, traktującą jako punkt początkowy górotwór.
EN
The Academy of Mining and Metallurgy belongs to the largest and the most important technical higher schools in country; occupying always front places in rankings. The didactic activity of the Academy is run by 15 departments as well as two interdepartmental schools. The basic principles of education are presented in the scope of underground construction at the Academy of Mining and Metallurgy. The education links with environmental option were showed treating the rock mass as initial an point.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie obradowała, w dniach 20 - 22 września 2007 r., Konferencja Naukowo-Techniczna - Budownictwo Podziemne 2007, zorganizowana przez Katedrę Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki (AGH, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii) przy udziale Głównej Komisji Budownictwa Górniczego, Zarządu Głównego Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Górnictwa, Koła Zakładowego SITG przy AGH, Podkomitetu Budownictwa Podziemnego Polskiego Komitetu Geotechniki oraz Polskiego Towarzystwa Mechaniki Skał. Konferencja stanowiła XIII sesję I Polskiego Kongresu Górniczego. W artykule omówiono tematykę 48 zgłoszonych tam referatów.
EN
On 20-22 September 2007 in the Academy of Mining and Metallurgy in Cracow a Scientific-technical Conference - Underground Construction 2007 took place. It was organized by the Faculty of Geomechnics, Construction and Geotechnics (Academy of Mining and Metallurgy, Department of Mining and Geo-engineering) with the participation of the Main Committee for Mining Construction of the General Board of the Mining Engineers and Technicians Association, Faculty Committee of this Association at AGH, Sub-Committee of Underground Construction of the Polish Committee of Geotechnics and the Polish Association of Rock Mechanics. The Conference constituted the XIII session of the I Polish Mining Congress. The article discusses the subject matter of 48 papers notified for the session.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W związku z tym, że właściwa interpretacja wyników pomiarów jest czynnikiem niezbędnym dla ich wykorzystania, przedstawiono koncepcję oceny stateczności skarp w oparciu o wartości rzeczywistych przemieszczeń gruntu uzyskanych z pomiarów inklinometrycznych; metoda ta została zweryfikowana na podstawie wyników uzyskanych z otworów badawczych zabudowanych w kopalni odkrywkowej "Bełchatów".
EN
The paper presents a concept of slope stability evaluation using ground dislocation values obtained from inclinometric measures. The proposed method was verified with results received from research slots in open-cast mine "Bełchatów". In order to define the ground stability the method of ground elasticity modulus reduction and the method of ground strain analysis in the inclinometric slot, were used.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Utrata stateczności skarpy (zbocza) może pociągnąć za sobą tragiczne skutki dla ludzi oraz powodować duże straty materialne, stąd potrzeba oceny tej stateczności i to w procesie projektowania jak i eksploatacji. Takiej oceny na drodze obliczeniowej dokonuje się zwykle przy użyciu współczynnika (stopnia) pewności (bezpieczeństwa) skarpy lub współczynnika (wskaźnika) stateczności skarpy. W tym artykule posłużono się określeniem współczynnik stateczności skarpy i oznaczono go symbolem SF. Z kolei kontrola bieżąca (monitoring) rozpatrywanych budowli ziemnych może być wykonywana m.in. przy użyciu pomiarów inklinometrycznych. Ich znaczenie jest niepodważalne, ponieważ umożliwia rezygnację z wielu uproszczeń stosowanych w obliczeniach oraz uwzględnienie wpływu na pracę rozpatrywanej konstrukcji (którą jest skarpa) wszystkich czynników zewnętrznych, wynikających m.in. z sytuacji geologicznej i hydrogeologicznej oraz eksploatacji w kopalni odkrywkowej.
EN
The loss of stability of the embankment (slope) May lead to a tragic consequences for people and can cause serious material losses and therefore the necessity of its stability assessment during a designing and exploitation stage. Such an assessment by ca is usually done with the use of co-efficient (degree) of surety (safety) of the slope of co-efficient (degree) of the slope's stability. In this article the co-efficient of the slope's stability was used and denoted as SF symbol. On the other side the current monitoring of the considered ground structures can be done by, among others, the use of inclinometric measurements. Their importance is non impairable since the allow for resignation from many simplifications applied in calculations and consideration of the influence on operation of considered structure (slope) of all external factors, resulting, among others, from geological and hydrogeological conditions and exploitation of an open-cast mine.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Slopes are encountered either as naturally shaped or artificially molded terrain forms (as elements of various structures, e.g. tanks, trenches, heaps, embankments, earth banks); moreover, they are often present in surface mining. Slope stability analysis is usually conducted using the factor (degree)of slope safety or the factor (coefficient) of slope stablity. Classic calculation methods, e.g. Fellenius', Taylor's, Bishop's, Janbu's have introduced the notion of slope safety factor in this field, understood as the ratio of the limit value of the force required to induce displacement of the considered body of earth (stabilizing force) to the value of the acting sliding force (destabilizing force) (or the ratio of the moment causing its tum to the actual tuming moment). The term of safety factor also functions in contemporary computer programs (e.g. in Z_Soil as Safety Factor SF), while its estimate is assessed during the generation of the medium 's limit state through the fictional reduction of its strength parameters, dismissing the arbitrary assumption of the slide surface shape. The definition also corresponds to the notion of slope stability factor or stability coefficient. The term of slope stability factor is incorporated in this paper and marked with the symbol SF. This work presents the concept of ground media stability evaluation drawn on the basis of horizontal displacement value analysis, measured with the use of inclinometers in the conditions of the ,,Bełchatów" brown coal pit. Action in this field was undertaken in two fundamental directions: on the basis of the proposed reduction of the soil elasticity modulus value (ch. 2), on the basis of the conducted analysis of the state of soil effort in the inclinometer hole axis and its relation to slope stability (ch. 3). Both approaches incorporate computer calculations of slope stability factor made with the Z_Soil program. In order to evolve the slope stability evaluation method on the basis of inclinometrlc measurements with the use of computer calculations (ch. 2), the conditions of placement and the "in situ" results obtained from ten exploratory bore-holes were analyzed. The estimation procedure of allowable horizontal soil displacements was closely connected with the methodology of numerical determination of the slope stability factor, defined during the analysis of the stress and strain state in the modeled soil shield. The stability assessment of the earthen structures was conducted according to the following outIine: creating the computer models of slopes representing the inclinometers' working conditions in the considered moments, which is exemplified by Fig. 1 (in relation to all models notations containing the time point symbol were implemented, while the symbol served solely an ordinal function and did not denote any physical dimension, that is it did not reflect any time intervals between particular measurements), determining the slope stability factor SF in the aforementioned moments with a computer program, calculation of horizontal displacements along the lines mapping the location ofthe inelinometer hole axes with a computer program, estimating horizontal displacement critical values upon the reaching of which the slope instability may occur, comparing the displacements registered in the inelinometer holes with their critical values and the evaluation of slope stability on the basis of the formulated criterion. While determining the slope stability factor SF with the computer method (the Z_Soil program in particular), it is assumed that the hypothetical slope stability failure will ensue at the reduced values of soil parameters c/SF and tanet>/SF, not considering the reduction of the elasticity modulus (researches show that this value does not influence the SF value). When making this assumption, it is essential to be aware of the fact that if such a state of slope stability failure did occur, then reducing the cohesion value and the shearing resistance angle tangent of the soi I would inevitably lead to the decrease of the elasticity modulus value, and the vectors of soil displacements in the moment directly preceding the slope stability failure would be much larger than those specified for the input values (Le. for Sp; = 1.0). Owing to this, the reduction of the elasticity modulus value based on the correlatives between cohesion, angle of shearing resistance, soil elasticity modulus and the liquidity index of cohesive soils or the density index of noncohesive soils was proposed for this task. It was assumed that the introduction of the factor SF, reducing the values c and tanet>, matches the simultaneous decrease ofthe soil elasticity modulus value E by a certain factor NE, in the consequence of which soil strains, particularly horizontal displacements, increase. A physical interpretation of this simultaneous reduction could be the stipulated plastification of the cohesive soil (the change of the liquidity index from the assumed initial value I the final I) or the decrease of the noncohesive soil density index (from the initial value I to the final I). In the aim of estimating the value of the factor NE reducing the soil elasticity modulus E (a generał term, related to the modulus of linear deformation, as wen as to oedometer modulus), the standard (PN-811B-03020) served as a basis. The proposed reductive factor of soil elasticity NE was represented by the formula (3), and as a result of the analysis of the obtained relations, aiming at safety, horizontal displacements estimated on the grounds of the relations (4) were acknowledged as critical. For research purposes, it was assumed that in a given moment of time, characterized by a specific geometry of the system, the slope is stable when the horizontal displacement recorded by the inclinometer located within it does not exceed the critical value expressed by the formula (5). The obtained dependences were applied in the area of an example inelinometer hole of slope geometry at the time of inclinometer placement (t = I) and of geotechnical parameters of soils specified in Fig. I, also assuming that cohesive soils at the initial state ho = 0.5 (Fig. 3) are dealt with. In ch. 3 a diagram of a slope with an inclinometer hole as in Fig. 4 was considered. The further assumption was that the slope material has the unit weight y and is elastic-plastic at the limit condition described with the dependence (7) (the Coulomb-Mohr criterion). In the first attempt Levy's solution ofthe piane problem ofthe elasticity theory to the infinite wedge loaded with the dead weight and the hydrostatic pressure offluid (Fig. 5) was applied. The solution achieved in this way has a disadvantageous property: for x -+ --<:I:) one obtains (1x -+ --<:1:); which explains the possibility of its use solely in dam calculations. This inconvenience could be bypassed by assuming the application ofLevy's solution only to the right side ofthe slope (Le. for x> O and a = O), and for the left side ofthe slope (Le. for x:5 O) the solution for the primary stress state in the rock mass could be used (see Fig. 4) (the formulae 18-21). After making appropriate calculations (with the assumption ofthe boundary condition: for y = H and x = Xo the horizontal displacement equals zero Ux= O) the formula (29) was obtained for the horizontal displacement in the hole axis. Zero ing the horizontal shift value Ux stands in contradiction with the results of inelinometric measurements, therefore this model may not be used in this case as iso In the physical perspective it is elear, since the presence of the slope edge near the inelinometer hole distorts the primary undisturbed stress state around that hole. Ił seems obvious that the nearby location of the slope edge will cause the appearance of shearing stresses rxy, which had not occurred in the previously analyzed model. Thus the simplest correction ofthis model is the introduction of the shearing stress rxy of a constant value in the vicinity of the inclinometer hole (the formula 30). At that time the stress state will be given by the formulae (18), (19), (21) and the formula (30). In this case the horizontal displacements in the hole axis will be represented by the formula (31), and the horizontal displacement ofthe inclinometer hole head (x = Xo, y = O) - by the form ula (32). The linear dependence Ux along with the depth corresponds to relations occurring in reality (see Fig. 3), and the quantity t found in the formulae (31) and (32) facilitates their "calibration" in real conditions. Indeed, the measurement results ofhorizontal displacements in the inclinometer hole axis could be presented in the form of a linear function, for instance using the linear regression apparatus, then deriving the Uo value from this equation, and calculating the value t from the converted formula (32). By marking this value as to the formula (33) is obtained. The value determined in this manner could be implemented in further calculations, mainly those aiming at the evaluation of the rock mass effort in the inclinometer hole axis, which will be used for slope monitoring. The expression (34) was employed in the further considerations as an effort measure. After substituting the stress tensor components, one arrives at the function of effort in the inclinometer hole axis - the formula (38), and its value on the surface ofthe ground (i.e. for y = O) - the formula (39). After making appropriate calculations (the formulae 40-45) one ultimately arrives at the formula (46) for the critical displacement value of the inclinometer hole head in relation to the hole bOlIom, corresponding to the slope stability failure. !ts application is explained on the example of an inclinometer located in the slope area (acc. to Fig. I), the stability ofwhich was estimated in ch. 2 on the basis ofthe method ofreducing the soil elasticity modulus value (Fig. 3). The horizontal displacement critical values obtained in this way will be reliable in slope stability evaluation on the basis of inclinometric measurements. In the practical application of the method, it is recommended on the grounds of safety to reduce that value - in the case of the lack of other premises, the principles stated in the technical ru\es (Rozporządzenie 1996) or applied abroad (Gunaratne et al. 2006) should be assumed.
PL
Skarpy są spotykane w postaci naturalnej formy ukształtowania terenu, bądź mogą być formowane w sposób sztuczny (jako elementy różnych budowli np. zbiorników, wykopów, hałd, nasypów, wałów ziemnych); często występują również w górnictwie odkrywkowym. Oceny stateczności skarp dokonuje się zwykle przy użyciu współczynnika (stopnia) pewności (bezpieczeństwa) skarpy lub współczynnika (wskaźnika) stateczności skarpy. Klasyczne metody obliczeniowe, np. Felleniusa, Taylora, Bishopa, Janbu wprowadziły w tym zakresie pojęcie współczynnika pewności (bezpieczeństwa), rozumianego jako stosunek wartości granicznej siły potrzebnej do wywołania przesuwu rozpatrywanej bryły gruntu do wartości działającej siły zsuwającej (lub momentu powodującego jej obrót do rzeczywistego momentu obracającego). Określenie współczynnik bezpieczeństwa funkcjonuje również obecnie w programach komputerowych (np. w Z _ Soil jako SaJety Factor SF), przy czym jego szacowania dokonuje się w trakcie generacji stanu granicznego ośrodka w wyniku fikcyjnego zmniejszenia jego parametrów wytrzymałościowych, przy rezygnacji z arbitralnego założenia kształtu powierzchni poślizgu. Przedstawionej definicji odpowiada także pojęcie wskaźnik stateczności zbocza, czy też współczynnik stateczności. W niniejszej pracy posłużono się określeniem współczynnik stateczności skarpy i oznaczono go symbolem SF. W pracy przedstawiono koncepcję oceny stateczności ośrodka gruntowego opracowaną na podstawie analizy wartości przemieszczeń poziomych mierzonych za pośrednictwem inklinometrów w warunkach kopalni odkrywkowej "Bełchatów". Działania w tym zakresie zostały poprowadzone w dwóch zasadniczych kierunkach: w oparciu o zaproponowaną metodę redukcji wartości współczynnika sprężystości gruntu (p. 2), w oparciu o przeprowadzoną analizę stanu wytężenia górotworu w osi otworu inklinometrycznego i jego związku ze statecznością skarpy (p. 3). W obydwóch podejściach wykorzystano obliczenia komputerowe współczynnika stateczności skarpy wykonane z użyciem programu Z _ Soil. W celu opracowania metody oceny stateczności skarpy na podstawie pomiarów inklinometrycznych z wykorzystaniem obliczeń komputerowych (p. 2), przeanalizowano warunki zabudowy oraz wyniki "in situ" uzyskane z dziesięciu otworów badawczych. Sposób szacowania dopuszczalnych przemieszczeń poziomych gruntu został ściśle związany z metodyką numerycznego wyznaczenia współczynnika stateczności zbocza, określanego w trakcie analizy stanu naprężenia i odkształcenia w zamodelowanej tarczy górotworu. Sprawdzenie stateczności rozpatrywanych budowli ziemnych przebiegało według następującego schematu: - wykonanie modeli komputerowych skarp odwzorowujących warunki pracy inklinometrów w rozpatrywanych chwilach czasowych, co przykładowo przedstawia rys. I (w odniesieniu do wszystkich modeli zastosowano oznaczenia zawierające symbol punktu czasowego, przy czym pełnił on wyłącznie funkcję porządkową i nie posiadał żadnego wymiaru fizycznego, tzn. nie świadczył o odstępie czasowym pomiędzy poszczególnymi pomiarami), - wyznaczenie za pośrednictwem programu komputerowego w ww. chwilach czasowych współczynnika stateczności skarpy SF, - określenie przy pomocy programu komputerowego przemieszczeń poziomych wzdłuż linii odwzorowujących położenie osi otworów inklinometrycznych, - oszacowanie krytycznych wartości przemieszczeń poziomych, po osiągnięciu których może dojść do utraty stateczności zbocza, - porównanie przemieszczeń rejestrowanych w otworach inklinometrycznych z ich wartościami krytycznymi oraz ocena stateczności skarpy na podstawie sformułowanego kryterium. Przy wyznaczaniu współczynnika stateczności skarpy SF metodą komputerową (w szczególności przy użyciu programu Z_Soil) zakłada się, że hipotetyczna utrata stateczności skarpy zaistnieje przy zredukowanych wartościach parametrów gruntu c/SF oraz tglt>/SF, nie uwzględniając przy tym redukcji wartości współczynnika sprężystości (badania wykazują, że wartość ta nie wpływa na kształtowanie się wartości SF). Przyjmując to założenie, należy zdawać sobie sprawę z faktu, że gdyby rzeczywiście taki stan utraty stateczności skarpy zaistniał, to obniżenie wartości spójności i tangensa kąta tarcia wewnętrznego gruntu musiałoby pociągnąć za sobą obniżenie wartości współczynnika sprężystości tego gruntu, a wektory przemieszczeń gruntu w chwili bezpośrednio przed utratą stateczności skarpy byłyby znacznie większe od tychże określonych dla wartości wejściowych (tj. dla SF = 1,0). W związku z tym dla potrzeb rozwiązywanego zadania zaproponowano redukcję wartości współczynnika sprężystości w oparciu o związki korelacyjne spójności, kąta tarcia wewnętrznego i współczynnika sprężystości gruntów ze stopniem plastyczności gruntów spoistych lub stopniem zagęszczenia gruntów niespoistych. Przyjęto, że wprowadzenie współczynnika SF, redukującego wartości c i tglt>, odpowiada równoczesnemu zmniejszeniu wartości modułu sprężystości gruntu E o pewien współczynnik NE, czego konsekwencją jest wzrost odkształceń gruntu, w szczególności przemieszczeń poziomych. Interpretacją fizyczną tej jednoczesnej redukcji może być umowne uplastycznienie gruntu spoistego (zmiana stopnia plastyczności od przyjętej wartości początkowej ho do końcowej h) lub zmniejszenie stopnia zagęszczenia gruntu niespoistego (od wartości początkowej IDO do końcowej ID). W celu oszacowania wartości współczynnika NE zmniejszającego moduł sprężystości gruntu E (określenie ogólne, odniesione zarówno do modułu pierwotnego i wtórnego odkształcenia gruntu jak i do edometrycznych modułów ściśliwości) oparto się na normie (PN-81/B-03020). Zaproponowany współczynnik redukcyjny sprężystości gruntu NE wyrażono wzorem (3), a w wyniku analizy uzyskanych zależności, idąc w kierunku bezpieczeństwa, za krytyczne uznano przemieszczenia poziome oszacowane na podstawie zależności (4). Przyjęto dalej dla celów badawczych, że w danej chwili czasowej, charakteryzującej się konkretną geometrią układu, skarpa jest stateczna, gdy przemieszczenie poziome rejestrowane przez zabudowany tam inklinometr nie przekracza wartości krytycznej określonej wzorem (5). Uzyskane zależności zastosowano w rejonie przykładowo wybranego otworu inklinometrycznego o geometrii skarpy w chwili zabudowy inklinometru (t = l) i parametrach geotechnicznych gruntów określonych na rys. I oraz przy założeniu, że występują grunty spoiste o stanie początkowym ho = 0,5 (rys. 3). Wp. 3 rozważono schemat skarpy z otworem inklinometrycznym jak na rys. 4. Założono, że materiał skarpy posiada ciężar objętościowy )I oraz jest sprężysto-plastyczny o warunku granicznym opisanym zależnością (7) (model Coulomba-Mohra). W pierwszym podejściu zastosowano rozwiązanie Levy'ego płaskiego zadania teorii sprężystości dla nieskończonego klina obciążonego ciężarem własnym oraz ciśnieniem hydrostatycznym cieczy (rys. 5). Uzyskane w ten sposób rozwiązanie posiada niekorzystną właściwość: dla x -+ -4) uzyskuje się Ux -+ -4); tłumaczy to możliwość zastosowania go jedynie w obliczeniach zapór. Niedogodność tę można ominąć, zakładając wykorzystanie rozwiązania Levy' ego jedynie dla prawej części skarpy (tzn. dla x > O oraz a = O), natomiast dla lewej części skarpy (tzn. dla x :s O) można wykorzystać rozwiązanie dla pierwotnego stanu naprężenia w górotworze (por. rys. 4) (wzory 18-21). Po wykonaniu odpowiednich obliczeń (przy założeniu warunku brzegowego: dla y = H oraz x = Xo przemieszczenie poziome jest równe zeru Ux = O) otrzymano wzór (29) na przemieszczenie poziome w osi otworu. Zerowanie się wartości przemieszczenia poziomego Ux stoi w sprzeczności z wynikami pomiarów inklinometrycznych, a zatem model ten nie może w takiej postaci być w tym przypadku zastosowany. Z punktu widzenia fizycznego jest to oczywiste, gdyż obecność krawędzi skarpy w pobliżu otworu inklinometrycznego zniekształca pierwotny nienaruszony stan naprężenia wokół tego otworu. Wydaje się również oczywiste, że pobliska lokalizacja krawędzi skarpy spowoduje powstanie naprężeń stycznych Txy, które nie występowały w analizowanym uprzednio modelu. Najprostszą korektą tego modelu jest zatem wprowadzenie naprężenia stycznego Txy o wartości stałej w pobliżu otworu inklinometrycznego (wzór 30). Wówczas stan naprężenia będzie dany wzorami (18), (19), (21) oraz wzorem (30). W tym przypadku przemieszczenia poziome w osi otworu wyrażą się wzorem (31), a przemieszczenie poziome głowicy otworu inklinometrycznego (x = Xo, y = O) - wzorem (32). Liniowa zależność przemieszczenia Ux wraz z głębokością odpowiada występującym w rzeczywistości relacjom (por. rys. 3), a znajdująca się we wzorach (31) i (32) wielkość I ułatwia ich ,,kalibrację" w rzeczywistych warunkach. Rzeczywiście, można wyniki pomiarów przemieszczeń w osi otworu inklinometrycznego przedstawić w formie funkcji liniowej, stosując np. aparat rachunku regresji liniowej, następnie z równania tego obliczyć wartość Uo i z przekształconego wzoru (32) obliczyć wartość I. Oznaczając tę wartość przez lo otrzymuje się wzór (33). Wyznaczona w ten sposób wartość może być użyta w dalszych obliczeniach, przede wszystkim mających na celu oszacowanie wytężenia górotworu w osi otworu inklinometrycznego, które posłuży do monitoringu skarpy. Jako miarę wytężenia przyjęto w dalszych rozważaniach wyrażenie (34). Po podstawieniu składowych tensora naprężenia otrzymuje się funkcję wytężenia w osi otworu inklinometrycznego - wzór (38), ajego wartość na powierzchni terenu (tj. dla y = O) - wzór (39). Po wykonaniu odpowiednich przekształceń (wzory 40-45) otrzymuje się ostatecznie wzór (46) na krytyczną wartość przemieszczenia głowicy otworu inkłinometrycznego w stosunku do dna otworu, odpowiadającą utracie stateczności skarpy. Jego zastosowanie wyjaśniono na przykładzie odniesionym do inklinometru zabudowanego w rejonie zbocza (wg rys. l), którego stateczność została oszacowana w p. 2 w oparciu o metodę redukcji wartości współczynnika sprężystości gruntu (rys. 3). Uzyskane w ten sposób krytyczne wartości przemieszczenia poziomego będą miarodajne przy ocenie stateczności skarpy (zbocza) w oparciu o wyniki pomiarów inklinometrycznych. Przy praktycznym zastosowaniu metody zaleca się, ze względów bezpieczeństwa, zmniejszenie tej wartości - w przypadku braku innych przesłanek należy przyjąć zasady ujęte w warunkach technicznych (Rozporządzenie, 1996) lub stosowane za granicą (Gunaratne et al., 2006).
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.