background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

1

1

STATECZNO

STATECZNO

ŚĆ

ŚĆ

SKARP i ZBOCZY

SKARP i ZBOCZY

W sprzyjających warunkach wodno-gruntowych oraz przy 

odpowiednio dużych obciążeniach może dojść do

utraty stateczności

:

- zboczy naturalnych,

- skarp (sztuczne zbocze nasypu lub wykopu).

Zjawisko to wystąpi, gdy wzdłuż dowolnej ciągłej 

powierzchni w zboczu lub skarpie

siły ścinające przekroczą wytrzymałość gruntu na ścinanie.

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

2

2

2

2

• osuwisko

– obsunięcie się gruntu wzdłuż krzywoliniowej 

powierzchni poślizgu.

• zsuw

– obsunięcie się górnej warstwy gruntu prawie 

równolegle do powierzchni terenu –
powierzchnia poślizgu jest zbliżona kształtem 
do płaszczyzny. 

• spływ

– stopniowe spełzanie nawodnionej masy 

gruntowej bez wytworzenia się wyraźnej 
powierzchni poślizgu.

Naruszenie r

Naruszenie r

ó

ó

wnowagi zboczy

wnowagi zboczy

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

3

3

b)

skarpa
wykopu

a)

c)

a)

osuwisko

skarpy

b)

zsuw

zbocza

c)

spływ

skarpy

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

4

4

OZNAKI TEREN

OZNAKI TEREN

Ó

Ó

W OSUWISKOWYCH

W OSUWISKOWYCH

na powierzchni zboczy naturalnych występują

nisze po 

osuwiskach

drzewa w różnych punktach zbocza mają

pnie wygięte w 

różne strony świata

występowanie źródeł na zboczach

i wypływ wód 

gruntowych z warstw wodonośnych

w

dołach próbnych

stwierdza się

wysięki wody

ze ścian 

odkrywki, częstokroć z drobnych szczelin w jednolitym 
masywie iłu

pofałdowane uwarstwienie iłów i obecność

wygładzonych 

powierzchni poślizgowych w przełamie próbek iłowych

(można to stwierdzić tylko w czasie wierceń przez pobieranie 
próbek iłów i gliny)

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

5

5

STATECZNO

STATECZNO

ŚĆ

ŚĆ

ZBOCZY w GRUNTACH 

ZBOCZY w GRUNTACH 

NIESPOISTYCH

NIESPOISTYCH

B

T

Q

N

β

β

Siły działające na 

element zbocza w 

gruncie niespoistym

Q

– ciężar elementu

B

– siła styczna

N

– siła normalna

T

– siła tarcia

β

- kąt nachylenia zbocza

Q

sin

β

N = Q

cos

β

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

6

6

u

tgΦ

N

T

=

max

max

sin β

Q

B

=

u

tgΦ

β

Q

T

=

max

max

cos

Opór gruntu niespoistego na ścinanie

Naruszenie stateczności skarpy (zsuw elementu)

nie nastąpi, jeżeli:

B ≤ T

W warunkach równowagi granicznej

(dla maksymalnego nachylenia kąta stoku

β

max

):

max

max

T

B

=

u

tgΦ

β

Q

β

Q

=

max

max

cos

sin

stąd:

u

tgΦ

tgβ

=

max

maksymalny kąt nachylenia stoku 

nie powinien przekraczać

kąta tarcia wewnętrznego. 

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

7

7

W przypadku

wystąpienia

ciśnienia spływowego

w kierunku zsuwu

dodatkowo działa siła ciśnienia spływowego

B

’’

B'

T

Q

N

β

β

B''

l

h

Siły działające na element zbocza w

gruncie 

niespoistym

przy działaniu ciśnienia 

spływowego

s

p

V

B''

=

w

s

i

p

γ

=

l

∆h

gdzie:

p

s

– ciśnienie spływowe

i

– spadek hydrauliczny

=        = sin

β

V

– objętość elementu

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

8

8

Całkowita siła działająca w kierunku zsuwu:

B''

B'

B

+

=

s

p

V

β

Q

B

+

=

sin

i

g

ρ

V

β

g

ρ'

V

B

w

+

=

sin

(

)

w

ρ

ρ'

β

g

V

B

+

=

sin

Siła przeciwstawiająca się zsuwowi:

u

tgΦ

β

Q

T

=

cos

u

tgΦ

β

g

ρ'

V

T

=

cos

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

9

9

W warunkach równowagi granicznej siła zsuwu

i siła przeciwstawiająca się zsuwowi są sobie równe:

max

max

(

)

u

w

tgΦ

β

g

ρ'

V

ρ

ρ'

β

g

V

=

+

max

max

cos

sin

u

w

tgΦ

ρ

ρ'

ρ'

tgβ

+

=

max

Przyjmując, że

ρ

=

ρ

w

=1000kg/m

3

, dla małych wartości 

kątów uzyskujemy: 

u

Φ

β

2

1

max

=

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

10

10

u

Φ

β

2

1

max

=

oznacza, że  w przypadku działania

ciśnienia 

spływowego

na zbocze w

gruntach niespoistych 

kąt nachylenie stoku zmniejsza się do połowy 

kąta tarcia wewnętrznego.

Na ziarna gruntu w zboczu działa również siła tarcia

wody 

spływającej po zboczu

, która powoduje rozmywanie się skarp.

Celem zapobiegania wpływowi wody na skarpę, spływającej po jej 

zboczu, u jej podnóża stosuje się drenaż.

Kąt nachylenia zbocza bez drenażu powinien być znacznie 

mniejszym niż połowa kąta tarcia wewnętrznego.

Zwykle jest to kąt:

ββββ

6

0

÷

8

0

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

11

11

STATECZNO

STATECZNO

ŚĆ

ŚĆ

ZBOCZY w GRUNTACH 

ZBOCZY w GRUNTACH 

SPOISTYCH

SPOISTYCH

Określenie stateczności skarpy (zbocza) w gruntach spoistych 

jest bardzo trudne.

Związane to jest z:

możliwą niejednorodnością ośrodka gruntowego

zmiennością cech wytrzymałościowych gruntu z 

upływem czasu

dużym wpływem wody gruntowej na warunki 

stateczności

brakiem dokładnych metod obliczeniowych (

zwłaszcza w 

przypadku gruntu niejednorodnego)

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

12

12

Ogólne zasady sprawdzania stateczności skarp (zboczy):

 przyjmuje się, że

powierzchnie poślizgu

:

w gruntach

jednorodnych

krzywoliniowe

w gruntach 

niejednorodnych

mogą być

płaszczyznami 

łamanymi



dla założonej powierzchni poślizgu określa się:

siły zsuwające

wydzieloną bryłę

siły przeciwdziałające zsuwaniu

 definiuje 

się

współczynnik pewności F

jako stosunek sił

utrzymujących do zsuwających



poszukuje się powierzchni poślizgu o najmniejszym

współczynniku pewności

F

min

 sprawdza się, czy F

min 

F

dop

;  F

dop 

(1,1 ÷ 2)

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

13

13

Skarpy, dla których wzdłuż powierzchni poślizgu istnieje 

stan graniczny, co oznacza, że naprężenia ścinające są
równe wytrzymałości gruntu na ścinanie, nazywane są
skarpami granicznymi.

Istnieje wiele metod do określania warunków 

stateczności skarp, znacznie różniących się od siebie 
założeniami.

Metodami zalecanymi przez PN – 83/B – 03010 są:

metoda Felleniusa

metoda Bishopa

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

14

14

Metoda Felleniusa określania stateczności

• metoda opiera się na przyjęciu cylindrycznej powierzchni 

osuwiskowej

• bryłę osuwającego się gruntu w chwili rozpoczęcia się

zsuwu uważa się za sztywną

• w celach obliczeniowych dokonuje się podziału bryły na 

i” bloków

• przyjmuje się jednostkowy wymiar bloków w kierunku 

prostopadłym do powierzchni przekroju poprzecznego 
skarpy b = 1

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

15

15

O

O

1

β

b=

1

Bryła osuwiskowa skarpy w gruncie spoistym

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

16

16

N

1

B

1

T

1

G

1

B

2

T

2

T

3

N

2

N

3

G

2

G

3

B

3

B

i

T

i

G

i

N

i

α

1

α

2

α

3

α

i

O

Schemat sił działających na skarpę

G

i

ciężar bryły o składowych:

N

i

normalna do powierzchni zsuwu

B

i

styczna do powierzchni zsuwu

T

i

– siła tarcia przeciwstawiająca się

przesuwowi bloku skarpy

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

17

17

Siły tarcia T

i

działające stycznie do powierzchni poślizgu 

pochodzą od:

tarcia na granicy bryły poślizgu oraz

spójności gruntu

i

u

u

i

i

A

c

tg Φ

N

T

+

=

i

u

u

i

i

i

A

c

tg Φ

α

G

T

+

=

cos

gdzie:

α

i

kąt nachylenia siły T

i

do poziomu

l

i

długość podstawy bloku

A

i

powierzchnia podstawy bloku

dla:  

b = 1

A

i

l

i

1 m

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

18

18

Równowaga całej bryły zostanie zachowana, jeżeli

M

o

M

u

gdzie:

M

o

- suma momentów sił zsuwających (obracających)

M

u

- suma momentów od sił utrzymujących

Współczynnik pewności

M

u

/ M

o

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

19

19

4,5 H

H

H

O'

O''

δ

1

δ

2

β

O

1

O

2

O

n

x

y

F

1

F

2

F

n

F

m

in

Linia najbardziej niebezpiecznych punktów obrotu

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

20

20

α

b

l

α

W

T

S

N

h

ś

r

h

L

h

P

h

a

b

q

W

i

= Q

i

+ G

i

Q

i

– ciężar bloku „i”

G

i

– ciężar obiektu (podany jako obciążenie ciągłe) na bloku „i”

gdzie:

b

i

- szerokość bloku (paska),

h

ś

ri

- średnia wysokość bloku (paska),

l

i

- długość podstawy bloku (łuku powierzchni poślizgu),

A

i

- pole powierzchni podstawy bloku = l

i

·1m,

V

i

- objętość bloku.

ZADANIE

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

21

21

0,29

0,82

0,82

0,9744

0,2250

13,00

0,35

0,8

9

1,11

1,01

1,01

0,9945

0,1045

6,00

1,10

1

8

1,80

1,00

1,00

0,9986

0,0523

3,00

1,80

1

7

2,39

1,02

1,02

0,9816

0,1908

11,00

2,35

1

6

2,93

1,06

1,06

0,9397

0,3420

20,00

2,75

1

5

3,37

1,14

1,14

0,8746

0,4848

29,00

2,95

1

4

1,75

0,63

0,63

0,7986

0,6018

37,00

2,80

0,5

3

2,97

1,41

1,41

0,7071

0,7071

45,00

2,10

1

2

1,55

1,94

1,94

0,5150

0,8572

59,00

0,80

1

1

V

i

[m

3

]

A

i

[m

2

]

l

i

[m]

cos 

α

i

sin

α

i

α

i

[

º

]

h

ś

r,i

[m]

b

i

[m]

numer bloku

9,81

1,8

4,5

29

42

3,9

6,8

0,0787017

g [m/s

2

]

ϱ

[kg

·

10

3

/m

3

]

Ф

u

[

º

]

c

u

[kPa]

q [kN/m

2

]

h [m]

R

1

[m]

tg

Ф

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

22

22

1144,57

2137,45

Suma

Suma

-7,76

164,56

24,20

4,94

-1,14

5,07

-13,88

208,68

30,69

19,42

-2,04

19,53

11,33

214,48

31,54

31,78

1,67

31,83

54,85

223,10

32,81

41,50

8,07

42,27

120,18

235,84

34,68

48,56

17,67

51,68

196,35

253,35

37,26

52,09

28,87

59,56

126,68

136,69

20,10

24,72

18,63

30,95

252,16

298,73

43,93

37,08

37,08

52,44

0,54

404,68

402,02

59,12

35,76

59,51

69,43

m

1

Mo

i

[kNm]

Mu

i

[kNm]

T

i

[kN]

N

i

[kN]

S

i

[kN]

W

i

[kN]

W – wypadkowa obciążenia

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

23

23

Jeżeli w zboczu

, wskutek różnicy poziomów wody gruntowej,

występuje

przepływ wody

,

przy sprawdzaniu warunku stateczności do wartości momentu 
obracającego M

o

należy dodać dodatkowy moment 

M

o

∆∆∆∆

M

o

P

s

⋅⋅⋅⋅

R

s

P

s

⋅⋅⋅⋅ γγγγ

w

h/sin

ψ

ψψ

ψ

gdzie:   

R

s

– promień działania siły P

s

w stosunku do środka obrotu O

P

s

– ciśnienie spływowe

i – spadek hydrauliczny

P

s

R

s

R

O

ψ

l

h

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

24

24

Metoda Bishopa określania stateczności skarpy

O

O

1

β

b=

1

Metoda Bishopa jest modyfikacją metody Falleniusa 

(zakłada walcową powierzchnię poślizgu).

Wskaźnik bezpieczeństwa 

(stateczności) określa się dla 
pojedynczego bloku jako 
stosunek wytrzymałości na 
ś

cinanie 

τ

f  

do rzeczywistych 

naprężeń ścinających w 
podstawie paska.

F = 

τ

/

τ

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

25

25

i + 1

i

G

i

b

i

α

i

N

i

T

i

R

i

R

i+1

Zależności geometryczne

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

26

26

Warunek na stateczność skarpy w metodzie Bishopa

przyjmuje postać

(

)

[

]

( )

=

=

+

=

=

n

i

i

i

i

i

n

i

'

i

i

i

i

i

α

G

α

M

tgΦ

b

u

G

c'b

m

F

1

1

sin

1

1

( )

[

]

i

i

i

i

tg

tg

m

M

α

α

α

cos

'

1

Φ

+

=

gdzie:

Φ

- wartość efektywnego kąta tarcia wewnętrznego gruntu

c’

- wartość efektywnej spójności gruntu

u

i

- ciśnienie wody w porach gruntu w podstawie wycinka i

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

27

27

Współczynnik

m

występuje po obu stronach równania na stateczność

skarpy. Wyznacza się go metodą kolejnych przybliżeń.

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

1,4

1,6

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

M

i

(

αααα

)

αααα

 [

O

]

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 0,0

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 0,2

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 0,4

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 0,6

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 0,8

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 1,0

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 0,0

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 0,2

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 0,4

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 0,6

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' = 0,8

m•tg

Φ

Φ

Φ

Φ

' =1,0

Wartość współczynnika

M

(

α

i

)

można określać przy 
pomocy nomogramu

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

28

28

background image

MG SS 

MG SS 

w 9

w 9

29

29

Powierzchnia poślizgu zbocza wklęsłego

(przykład analizy numerycznej)