Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Nowa metoda wyznaczania tensora odkształceń bazująca na obserwacjach InSAR

100%

Witkowski W. T. , Hejmanowski R.

|

tom T. 78, nr 1

16--24

PL

Odkształcenia poziome towarzyszące deformacjom górniczym mają istotne znaczenie w aspekcie bezpieczeństwa zarówno infrastruktury technicznej, zabudowy powierzchniowej, jak i jakości życia osób żyjących na terenach podlegających przekształceniom. O ile kierunkowe odkształcenia poziome można łatwo wyznaczać wykorzystując klasyczne pomiary geodezyjne, o tyle brak jest metod obserwacji pełnego tensora odkształceń. W prezentowanych badaniach autorzy proponują nową metodę wyzna-czania tensora odkształceń poziomych, w której wykorzystywane są obserwacje satelitarnej interferometrii radarowej (InSAR). W pierwszej kolejności sprawdzono poprawność działania metody na danych teoretycznych, modelowych. Błąd względny wyznaczony dla wartości ekstremalnych odkształceń nie przekroczył 0,02 przy odchyleniu σ = +/-0,003. W dalszej kolejności zastosowano proponowaną metodę na rzeczywistym poligonie badawczym. Przemieszczenia kierunkowe (LOS) wyznaczono metodą Multi-Temporal InSAR, w wariancie małych baz (SBAS), dla danych z misji Sentinel-1. Dla przedstawionego przypadku uzyskano przemieszczenia pionowe powierzchni terenu wynoszące do -167 mm i składową przemieszczeń poziomych w zakresie od -110 mm do +62 mm. Dla tak wykształconego pola przemieszczeń, ekstremalne wartości odkształceń poziomych wahały się od -0,52 mm/m do +0,36 mm/m przy σ = +/-0,050 mm/m. Uzyskane wyniki świadczą o wysokiej i wystarczającej dla celów praktycznych dokładności metody wyznaczania tensora odkształcenia poziomego. Nowa metoda analizy wyników satelitarnych obserwacji radarowych rozszerza istniejące dotychczas możliwości geodezyjnego wyznaczania odkształceń.

EN

Horizontal strain accompanying mining deformations have significant importance in terms of the safety of both technical infrastructure and the quality of life of people living in the areas undergoing transformation. While directional horizontal strain can be easily determined using classical geodetic measurements, there are no methods of observing the full deforma-tion tensor. In the presented research, the authors propose a new method for determining the horizontal strain tensor, which uses satellite radar interferometry (InSAR) observations. First, the correctness of the method was checked on theoretical and model data. The relative error determined for the extreme deformation values did not exceed 0.02 with the deviation σ = +/- 0.003. Subsequently, the proposed method was applied on a real cause study example. Directional displacements (LOS) were determined using the Multi-Temporal InSAR method, in the small baseline variant (SBAS), for the data from the Sentinel-1 mission. For the presented case, vertical displacements of the terrain surface were obtained, amounting to -167 mm, and the component of horizontal displacements ranging from -110 mm to +62 mm. For such a developed displacement field, the extreme values of horizontal deformations ranged from -0.52 mm/m to +0.36 mm/m with σ = +/-0.050 mm/m. The obtained results prove a high and sufficient for practical purposes the accuracy of the method of determining the horizontal strain tensor. The new method of analyzing the results of satellite radar observations extends the existing possibilities of geodetic determination of deformations.

2

Characterization of the asymmetry of Knothe model distributions of deformation indexes

100%

Ostrowski J. , Piskorz M.

|

tom Vol. 54, no 4

753-774

EN

Asymmetry of distributions of terrain deformation indexes caused by mining exploitation is one from causes of discrepancy of results of deformation prognosis with measurement results. In article the asymmetry indexes of distributions of subsidence and horizontal strains generated with model of deformation process having accord to Knothe were defined. Model values of function of subsidence and curvatures is basis of definite the asymmetry indexes in characteristic points of distributions of deformations as well as distances of this points from edge of mining panel.

PL

Podstawowym narzędziem do prognozowania deformacji powierzchni terenu generowanych podziemną eksploatacją górniczą jest model procesu znany pod nazwą teorii Knothego. Model generuje symetryczne rozkłady obniżeń i odkształceń poziomych wzdłuż przekrojów równoległych do krawędzi prostokątnego pola eksploatacji. Osią symetrii tych rozkładów jest oś pola eksploatacji prostopadła do kierunku przekroju. Analiza modelu Knothego wykazuje, że symetria osiowa niecki obniżeniowej jest zachowana niezależnie od wymiarów pola eksploatacyjnego. Problem komplikuje się, gdy pole eksploatacji posiada niewielkie wymiary. Wówczas modelowane rozkłady wskaźników deformacji wykazują cechę asymetrii względem punktów przegięcia tych rozkładów. Jeżeli w tym przypadku stwierdzi się asymetryczność rozkładów wskaźników pomierzonych, to nie jest wiadome czy stopień tej asymetrii odpowiada asymetrii wynikającej z modelu. W ramach artykułu zdefiniowano cechy asymetrii rozkładów obniżeń i poziomych odkształceń oraz określono warunki, w których model Knothego generuje rozkłady asymetryczne. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono, że określenie cech asymetrii profilu niecki obniżeniowej można sprowadzić do zbadania asymetrii względem punktu przegięcia tego profilu. Badania te oparto na spostrzeżeniu, że warunkiem wystarczającym do wyznaczenia cech asymetrii profilu niecki obniżeniowej jest uwzględnienie zmian jednego z wymiarów prostokątnego pola eksploatacji (np. wymiaru S), równoległego do kierunku badanego profilu i zestandaryzowanego promieniem r, czyli wymiaru […] (promień r jest parametrem modelu, nazwanym promieniem rozproszenia wpływów). Warunek ten został określony w pracy (Ostrowski, 1984). Zmiana drugiego wymiaru prostokątnego pola eksploatacji (prostopadłego do wymiaru s) nie zmienia cech asymetrii profilu określonych w kierunku wymiaru s. W artykule zdefiniowano miarę asymetrii rozkładu obniżeń, jako stosunek wartości obniżenia w punkcie przegięcia G profilu niecki do wartości obniżenia maksymalnego w punkcie C nad środkiem pola eksploatacyjnego. Tak określoną wielkość charakterystyczną nazwano wskaźnikiem asymetrii i oznaczono symbolem […]. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że wskaźnik asymetrii profilu niecki obniżeniowej zmienia się od wartości MAw G = 0,50 dla pola eksploatacji o nieskończonych wymiarach do wartości około MAw G = 0,61 dla wymiaru s = 0,1 (co wyczerpuje możliwe w praktyce przypadki wymiarów pól eksploatacyjnych). W przypadku niecek wyznaczanych na podstawie wyników obserwacji geodezyjnych mogą występować trudności wynikające z nieregularnego przebiegu profili tych niecek i skutkujące brakiem możliwości jednoznacznego wyznaczenia punktu przegięcia niecki zaobserwowanej. W związku z tym, celowe było zdefiniowanie drugiego wskaźnika asymetrii profilu niecki obniżeniowej, jako stosunku wartości sumarycznej funkcji obniżenia w punkcie K zlokalizowanym nad krawędzią eksploatacji do wartości tej funkcji w punkcie C nad centrum pola eksploatacji. Tak zdefiniowany wskaźnik asymetrii oznaczony symbolem […]. Wraz ze zmniejszaniem się wymiaru s pola eksploatacyjnego wskaźnik asymetrii MAw K rośnie od wartości 0,5 do wartości 1,0. Wskaźnik asymetrii MAw K jest przydatny do oceny wyników obserwacji, pod warunkiem "wygładzenia" profilu pomierzonej niecki obniżeniowej, który w tym przypadku jest linią łamaną. Zdefiniowane powyżej wskaźniki asymetrii MAw G i MAw K bazują na wartościach sumarycznej funkcji obniżenia w punktach charakterystycznych profilu niecki obniżeniowej. Wielkościami pomocniczymi wskazującymi na asymetrię profi lu niecki są również: zestandaryzowana odległość lg punktu przegięcia G profilu od krawędzi pola eksploatacji oraz odległość lp punktu P o obniżeniu w = 0,5 . wmax (gdzie: wmax jest to maksymalne obniżenie nad polem eksploatacyjnym o danych wymiarach) od krawędzi pola eksploatacyjnego. Odległości te zależą od estandaryzowanego wymiaru s pola eksploatacyjnego, który to wymiar determinuje asymetrię profilu niecki. Odległości lg i lp mogą zostać wykorzystane do oceny asymetrii profilu niecki zaobserwowanej pod warunkiem znajomości wartości promienia r właściwej dla warunków eksploatacji, która wygenerowała nieckę. Reguła zależności wartości i lokalizacji punktów charakterystycznych profilu niecki obniżeniowej od wymiaru s pola eksploatacyjnego odnosi się również do rozkładów poziomych odkształceń wyznaczanych według modelu Knothego. Podobnie jak w przypadku obniżeń wymiar pola prostopadły do wymiaru s jest nieistotny w kontekście badania asymetrii rozkładów poziomych odkształceń (Ostrowski, 1984). Z przeprowadzonej analizy wynika, że w zakresie wymiarów pola od […] rozkłady poziomych odkształceń posiadają dwa ekstrema odkształceń rozciągających i dwa ekstrema odkształceń ściskających. Wymiar s = 1,4 jest wymiarem szczególnym, ponieważ wówczas obydwa ekstrema odkształceń ściskających zaczynają się sumować, tworząc jedno ekstremum, zlokalizowane nad centrum pola eksploatacyjnego. Dalsze zmniejszanie wymiaru s pola powoduje tylko zmianę wartości tego ekstremum, które pozostaje nad centrum pola. Punktem szczególnym, wspólnym dla rozkładu obniżeń i poziomych odkształceń, jest punkt przecięcia G profilu niecki, w którym wartość poziomych odkształceń wynosi […], niezależnie od wymiaru s pola. Właściwe dla oceny asymetrii rozkładów odkształceń poziomych należy uznać dwa punkty charakterystyczne i ich lokalizacje względem krawędzi pola eksploatacyjnego: punkt O(+) maksimum poziomych odkształceń, nazywanego również ekstremum dodatnim ?extr(+) i jego zestandaryzowaną odległość […] od krawędzi pola oraz punkt O(?) minimum poziomych odkształceń, nazywanego również ekstremum ujemnym […] i jego zestandaryzowaną odległość […] od krawędzi pola. Wyróżnione punkty charakterystyczne można jednoznacznie określić zarówno w rozkładach teoretycznych według modelu Knothego, jak i w rozkładach zaobserwowanych. Dlatego punkty te mogą stanowić podstawę wskaźników asymetrii rozkładów poziomych odkształceń. Przyjmując regułę jak w przypadku obniżeń, zdefiniowano wskaźnik asymetrii rozkładu poziomych odkształceń […] jako stosunek wartości różnicowej funkcji krzywizny w punkcie O(+) minimum poziomych odkształceń ściskających do wartości różnicowej funkcji krzywizny w punkcie O(+) maksimum poziomych odkształceń rozciągających według wzoru: […]. Analiza wyników obliczeń wykazuje, że identycznie jak w przypadku obniżeń, rozkłady poziomych odkształceń generowane przez model Knothego zachowują cechę symetrii osiowej (względem osi prostokątnego pola eksploatacyjnego prostopadłej do kierunku tego rozkładu) niezależnie od wymiaru s pola. Natomiast wartości wskaźnika asymetrii […] rozkładu poziomych odkształceń maleją w zakresie od […] (nad polem o nieskończonym wymiarze s) do […] (nad polem o wymiarze s = 0,1). Rezultatem przeprowadzonych badań jest określenie metody oceny asymetrii rozkładów obniżeń i odkształceń poziomych generowanych przez model Knothego, poprzez zdefiniowanie wskaźników asymetrii opartych na wartościach odpowiednich funkcji modelu w punktach charakterystycznych rozkładów wskaźników deformacji. Wykorzystanie wskaźników asymetrii do oceny stopnia asymetrii rozkładów obniżeń i poziomych odkształceń wyznaczonych na podstawie wyników obserwacji geodezyjnych pozwoli na ustalenie, czy modyfikacja modelu Knothego w tym kierunku przyczyni się do podwyższenia wiarogodności sporządzanych prognoz deformacji powierzchni na terenach górniczych.

3

The impact of mining deformations on road pavements reinforced with geosynthetics

100%

Zięba M. , Kalisz P. , Grygierek M.

|

tom Vol. 65, no. 4

751--767

EN

In this article, the issue of mining impact on road pavements and subgrade is presented, taking into account the interaction between geosynthetic reinforcement and unbound aggregate layers. Underground mining extraction causes continuous and discontinuous deformations of the pavement subgrade. Structural deformations in the form of ruts are associated with the compaction of granular layers under cyclic loading induced by heavy vehicles. Horizontal tensile strains cause the loosening of the subgrade and base layers. The granular layers under cyclic loading are additionally compacted and the depth of ruts increases. Moreover, tensile strains can cause discontinuous deformations that affect the pavement in the form of cracks and crevices. Discontinuous deformations also affect the pavement in the fault zones during the impact of mining extraction. The use of geosynthetic reinforcement enables the mitigation of the adverse effects of horizontal tensile strains. Horizontal compressive strains can cause surface wrinkling and bumps. Subsidence causes significant changes in the longitudinal and transverse inclination of road surface. Both examples of the laboratory test results of the impact of subgrade horizontal strains on reinforced aggregate layers and the selected example of the impact of mining deformation on road subgrade are presented in this article. The examples show the beneficial impact of the use of geosynthetic reinforcement to stabilize unbound aggregate layers in mining areas.

4

Zakończenie eksploatacji górniczej pod śródmieściem Bytomia, deformacje powierzchni oraz skutki w zabudowie kubaturowej

80%

Kowalski A. , Apanowicz B. , Gruchlik P. , Mika W. , Polanin P. , Zięba M. , Kalisz P.

Przegląd Górniczy

|

2020

|

tom T. 76, nr 6

15--24

PL

Przedmiotem artykułu jest podsumowanie eksploatacji górniczej pod śródmieściem Bytomia, jej zakresu, deformacji, a także ich skutków spowodowanych eksploatacją wielokrotną – wielopokładową i prowadzoną w długim okresie czasu. Była to największa eksploatacja w Polsce, a może na świecie, pod terenem zabudowanym – pod dużym miastem. Największa w sensie wydobytego węgla kamiennego i czasu jej prowadzenia. Wykazano, że narastanie deformacji, spowodowanej eksploatacją wielokrotną i w długim okresie czasu, było możliwe pod zwartą zabudową miejską, choć musiały jej towarzyszyć uszkodzenia, a także wyburzanie budynków. W szczególności porównano określone obliczeniowo na podstawie odkształceń poziomych kategorie terenu górniczego, uwzględniając ich narastanie w czasie (deformacje czasowo-ekstremalne) oraz ich redukcję, uwzględniając relaksację odkształceń poziomych.

EN

The subject of the article is a summary of the range and deformation of mining exploitation under the Bytom downtown, and the effects of multiple, multi - seam exploitation which was carried out over a long period of time. It was the largest exploitation under the big city in Poland, under built - up area and probably in the world. It was the largest because there was the largest extraction and it lasted the longest. It was proved that the deformation increase caused by the multiple and long - lasting exploitation was possible under compact urban buildings, although damage and demolition of buildings occurred. In particular computationally defined categories of mining areas were compared based on horizontal strains, taking into account their increase in time and their reduction, calculating the so - called relaxed horizontal strains.

5

Wpływ odkształceń ściskających na sztywność warstw kruszywowych rozluźnionych wcześniejszą eksploatacją górniczą

80%

Grygierek M.

|

tom T. 68, nr 8

112--118

PL

Eksploatacja górnicza powoduje na powierzchni terenu rozluźnienia lub ściskania, w obszarach tych może dochodzić do redukcji lub wzrostu sztywności warstw nawierzchni. Często kolejne eksploatacje górnicze powodują, iż warstwy nawierzchni poddawane są zarówno rozluźnieniu jak i dogęszczeniu. Przeprowadzone terenowe obserwacje przedstawiają skalę zmian sztywności warstwy kruszywa poddanej rozluźnieniu (eksploatacja 1. ściany), a następnej dogęszczeniu (eksploatacja 2. ściana). Zaobserwowane zmiany sztywności warstwy kruszywa mogą być przydatne w ocenie stopnia zagrożenia uszkodzenia nawierzchni przy planowaniu eksploatacji gónriczej. Wykorzystano wyniki pomiarów geodezyjnych oraz badań ugięciomierzem dynamicznym FWD, a na ich podstawie wykonano identyfikację modułów warstw nawierzchni.

EN

Mining exploitation causes loosenings or compressions on the ground surface, in these areas can follow the reduction or increase of the rigidity of pavement layers. Frequently successive mining exploitation causes that the pavement layers are subject to both loosening and consolidation. The performed terrain observations present the scale of changes of the rigidity of aggregate layer subject to loosening (exploitation of the first longwall, and next consolidation (exploitation of the second longwall). The observed changes of aggregate layer rigidity can be useful in the assessment of the hazard degree of pavement damage when planning mining exploitation. The results of geodetic surveys and tests carried out by means of the Falling Weight Deflectometer (FWD) were used, and on their basis the identification of pavement layer modules was performed.

6

Numerical analysis of the influence of mining ground deformation on the structure of a masonry residential building

80%

Szojda L. , Kapusta Ł.

|

2021

|

tom Vol. 67, nr 3

243--257

EN

The article presents numerical analysis of a typical residential building in the Upper Silesian Coal Basin, which was erected in the early twentieth century and was not protected against mining ground deformations. The greatest impact of ground deformation on buildings are ground horizontal strain ε and ground curvature K. Numerical calculations included the building and the ground to take into account the effect of soilstructure interaction. The structure of the analysed building was made of masonry with wooden ceiling and roof elements. The ground was implemented as a layer 3.0m below the foundations and 3.0 m outside the building's projection. Construction loads are divided into two stages - permanent and functional loads as well as ground mining deformation. The maximum convex curvature K+ and the horizontal strain of the substrate ε+ were achieved in the 8th load step. The results of the analyses were presented in the form of stress and deformation maps. The most important results are the magnitude of the main tensile stresses σmax, which could to create cracks in the structure may occur after exceeding the tensile strength ft of the material. The presented method can be used to the analysis of endangered building objects by mining ground deformations.

PL

Starzejąca się struktura zabudowy miast w rejonach eksploatacji górniczej wpływa znacznie na zwiększenie kosztów naprawy uszkodzeń obiektów powierzchni. Prognozowanie zachowania się budynków pod wpływem deformacji podłoża w przypadku, gdy nie są one do tego przystosowane staje się bardzo istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa tych konstrukcji. Stało się to przyczyną przedstawienia przykładu analizy numerycznej typowego budynku mieszkalnego obszaru Górnego Śląska, który powstał w początkach XX wieku i nie był przystosowany do przeniesienia górniczych deformacji terenu. W celu dokładnego odwzorowania zachowania się obiektu pod wpływem deformującego się podłoża przeprowadzono analizę układu budowla - podłoże, w tym przypadku górnicze. Autorzy, posiadając wiedzę kiedy oraz w jakim obszarze będą ujawniały się osiadania na skutek wyeksploatowanej ściany, zastabilizowali układ punktów pomiarowych w najbliższym sąsiedztwie budynku oraz na ścianach podłużnych budynku. Wyniki pomiarów poziomych i pionowych przemieszczeń posłużył do ich wprowadzenia w modelu obliczeniowym. Zgodnie z teoriami prognozowania górniczych deformacji terenu typu ciągłego największy wpływ na budynki mają poziome deformacje podłoża i krzywizna terenu K. Charakterystyki przebiegów tych zmiennych przyjęto wg teorii Knothego. Wpływy te należy rozważać jako dodatkowe obciążenia budynku, ale nie należy ich przykładać bezpośrednio do konstrukcji, lecz jako odkształcenia podłoża. Z tego powodu obliczenia numeryczne objęły budynek oraz bryłę podłoża aby uwzględnić efekt współpracy budowla-podłoże. Konstrukcja budynku była murowana z drewnianymi elementami stropów i dachu, które ze względu na znikomy wpływ sztywność pominięto w obliczeniach numerycznych. Bryła podłoża została tak dobrana, że obejmowała warstwę o grubości 3,0 m poniżej fundamentów oraz 3,0 m na zewnątrz rzutu budynku. Pionowe i poziome powierzchnie bryły gruntu zostały podparte przegubowo w kierunku prostopadłym do ich powierzchni. Analizę numeryczną wykonano przy użyciu pakietu programów Atena i dla każdego z materiałów układu wprowadzono odpowiedni model materiałowy - dla gruntu model Druckera-Pragera, a dla elementów murowych model sprężysto-plastyczny opisany w pakiecie jako ‘cemetitous’, który wykorzystuje powierzchnię graniczną przedstawioną przez Willama-Warnke. Obciążenia konstrukcji podzielono na kilka etapów. W pierwszym etapie przyłożono obciążenia stałe i użytkowe budynku (3 kroki obliczeniowe), a w drugim deformacje podłoża. Odwzorowano przejście wypukłej części krawędzi niecki górniczej, które podzielono na 10 kroków obciążeniowych. Powstania maksymalnej krzywizny wypukłej K+ i odkształcenia podłoża ε+ osiągnięto w 8 kroku obciążeniowym, a powrót do stanu początkowego w 13. Wyniki analiz przedstawiono w postaci barwnych map naprężeń. Najistotniejsze wyniki to wielkość głównych naprężeń rozciągających, w zależności od których mogą powstawać zarysowania konstrukcji po przekroczeniu wytrzymałości na rozciąganie. Na mapach wyraźne ich koncentracje pojawiają się w górnej części ścian konstrukcji oraz w narożach otworów okiennych i drzwiowych. Jest to zgodne z obserwacjami na obiektach, które zostały poddane takim deformacjom. Przedstawiony sposób może zostać wykorzystany w szczegółowym podejściu do analizy zagrożonych obiektów budowlanych.