Analizy stateczności
ISTOTA ANALIZY STATECZNOŚCI
Analiza stateczności skarp i zboczy, zarówno naturalnych jak i powstałych w wyniku działalności człowieka, jest jednym z ważniejszych zadań geologii inżynierskie, geomechaniki i geotechniki. W praktyce inżynierskiej spotykanych jest wiele sytuacji, w których określenie stateczności jest jedną z kluczowych kwestii bezpiecznego posadowienia. Częstym przykładem wykorzystania tego typu obliczeń są osuwiska, w których może nastąpić utrata stateczności w wyniku poślizgu mas gruntu. Ruch ten jest spowodowany przekroczeniem wytrzymałości gruntu na ścinanie wzdłuż określonej powierzchni, przebiegającej w ośrodku gruntowym i nazywanej powierzchnią poślizgu.
WSKAŹNIK STATECZNOŚCI
Miarą stateczności zbocza jest wskaźnik stateczności Fs
Fu – siły utrzymujące równowagę
Fz – siły zsuwające
JAKIE SĄ PRZYCZYNY UTRATY STATECZNOŚCI?
Charakterystyka przyczyn utraty stateczności często jest bardzo skomplikowana i każdorazowo wymaga indywidualnego podejścia uwzględniającego określenie warunków gruntowo- wodnych, dodatkowych obciążeń i wielu innych składowych.
Do najważniejszych czynników należą:
- Kształt i wymiary skarpy,
- Budowa geologiczna a w szczególności występowanie powierzchni nieciągłości i osłabień strukturalnych,
- Wzrost wilgotności poszczególnych warstw bezpośrednio powodujący spadek wartości parametrów wytrzymałościowych,
- Obciążenia dynamiczne i statyczne,
- Warunki atmosferyczne a w szczególności wzmożone opady.
JAKIE SĄ SKUTKI UTRATY STATECZNOŚCI?
Podstawowym i najczęściej występującym w praktyce inżynierskiej skutkiem utraty stateczności jest powstanie osuwiska. Osuwiskiem nazywamy przemieszczenia mas gruntowych wzdłuż powierzchni poślizgu. Głębokość oraz prędkość przemieszczania gruntu może być bardzo zróżnicowana. Cechą charakterystyczną osuwisk jest tworzenie form morfologicznych takich jak skarpa główna, skarpy wtórne, jęzor osuwiskowy itp. Jest wiele klasyfikacji osuwisk ze względu na ich różne cechy. Jednym z nich jest podział na osuwiska rotacyjne – osuwisko powstałe w wyniku przemieszczania utworów w dół stoku po powierzchni cylindrycznej, przy czym zsuwające się masy skalne ulegają obrotowi (rotacji),oraz translacyjne – osuwisko powstałe w wyniku przemieszczania utworów w dół stoku, po powierzchni będącej nachyloną płaszczyzną.
METODA RÓWNOWAGI GRANICZNEJ
Metody, których zadaniem jest ocena, czy skarpa o znanej budowie geologicznej i geometrii jest stateczna. Zakłada się w nich znajomość kształtu i położenia powierzchni poślizgu, wzdłuż której spełnione są warunki stanu granicznego Coulomba-Mohra. Metody te najczęściej stosują podział potencjalnej bryły osuwiskowej na paski o ściankach pionowych, na których przyłożone są siły styczne i normalne. Ze względu na statyczną niewyznaczalność zadania, poszczególne metody tej grupy przyjmują różne założenia, dotyczące rozkładu sił pomiędzy paskami, oraz warunków równowagi gwarantujących stateczność. W metodach tych zakłada się kształt bryły obsuwu i sprawdza jej warunki równowagi. Najczęściej stosowane metody:
- Metoda Felleniusa
- Metoda Bishopa
- Metoda Morgensterna-Price’a
- Metoda Janbu
METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH
To numeryczna metoda obliczeniowa (jedna z metod całkowania różniczkowego), pozwalającą na znalezienie w sposób przybliżony i dyskretny funkcji rozwiązujących problem brzegowy. Jest również pewną procedurą wariacyjną rozwiązywania równań różniczkowych, w której funkcje aproksymacyjne są wyznaczane w obszarze zastąpionym przez zbiór prostych podobszarów (elementów skończonych), na jakie obszar ten został podzielony. Pomaga w zlokalizowaniu przemieszczeń, co również pozwala na wyznaczenie naprężenia i odkształcenia.
DANE DO OBLICZEŃ
Podstawowym i jednym z kluczowych zagadnień do przeprowadzania analiz stateczności jest dobór odpowiednich parametrów do modelu obliczeniowego. Parametry powinny być każdorazowo oznaczane bezpośrednio na podstawie badań laboratoryjnych przy wsparciu sondowań dynamicznych jak również statycznych.
WYKORZYSTYWANE PROGRAMY
Obliczenia stateczności przeprowadzamy za pomocą programu GEO5 v2022 lub GeoSlope. Programy te mają zastosowanie do projektowania i analizy stateczności osuwisk, zboczy, skarp i nasypów.