geotechnika
geotechnika
Geotechniczne i geofizyczne
badania dla oceny
stateczności skarp
Geotechniczne i geofizyczne badania zmian gęstości i parametrów wytrzymałościowych materiałów
wewnątrz składowisk odpadów dla oceny stateczności skarp
kreślenie parametrów gęstościowych i wytrzymało-
ściowych materiałów na składowisku odpadów ko-
Omunalnych i przemysłowych jest utrudnione z powo-
du dużego zróżnicowania struktury składowanych materiałów
w czasie i przestrzeni. W artykule przedstawiono badania tego
zagadnienia metodÄ… mieszanÄ… geotechnicznÄ… i geofizycznÄ….
Badania wykonano laboratoryjnie na próbkach pobranych
ze zboczy składowiska oraz w warunkach naturalnych. Wła-
ściwości wytrzymałościowe próbek gruntowych zbadano przy
użyciu aparatu bezpośredniego ścinania AB-2 [2]. Pomiar cię-
żaru objętościowego materiału próbek wykonano przy użyciu
standartowego naczynia o znanej objętości V. Badania własno-
ści gęstościowych w warunkach naturalnych przeprowadzo-
no metodą grawimetryczną przy użyciu grawimetru Scintex
CG-3.
Weryfikacja pomiarów terenowych za pomocą rozkładu cię-
a (profil 1)
żarów objętościowych próbek różnie zagęszczonych w warun-
kach laboratoryjnych uzasadnia przyjęcie wyników grawime-
trycznych pomiarów gęstości średniej materiału w zboczach
składowiska za miarodajne.
W obliczeniach wskaz
ników stateczności zboczy przyjęto
wartości ciężarów objętościowych na podstawie pomiarów
grawimetrycznych oraz wartości parametrów wytrzymałościo-
wych uzyskanych z badań laboratoryjnych próbek grunto-
wych. Badaniami objęto 8 profili (rys. 1). Sytuację skarp na
składowisku pokazują przykładowe fotografie nr 1a i 1b.
TERENOWE PRACE GEODEZYJNE I MIKRO-
GRAWIMETRYCZNE
Profile i ich rozmieszczenie
Do realizacji badań mikrograwimetrycznych konieczne było
wykonanie pomiarów geodezyjnych i niwelacyjnych [3]. Po-
miary zostały przeprowadzone poprzez wytyczenie i stabiliza-
cję punktów profili o odległości między punktami około 4m
oraz niwelację i określenie współrzędnych punktów pomia-
rowych.
Na podstawie analizy plików Landeco.dwg i Landeco.txt
stwierdzono, że pikiety geodezyjne od numeru 1 do 307 są
wykonane w 2004 roku. Na tej podstawie sporzÄ…dzono mapÄ™
warstwicową z cięciem co 2 m, która umożliwiła wybór 8 pro-
fili do określenia stateczności zboczy. Obliczono współrzędne
lokalne odległości poziomej na kolejnych profilach. Lokaliza-
cjÄ™ przedstawiono w postaci graficznej dla profili od 1 do 8
na rys. 1.
Pomiary przyspieszenia siły ciężkości przeprowadzono no-
b (profil 2)
woczesnym grawimetrem typu Scintrex CG-3 Autograv pro-
dukcji kanadyjskiej. PrzyrzÄ…dy tej klasy zapewniajÄ… uzyskanie
Fot. 1. Przykładowe zdjęcia skarp
najwyższej (w stosunku do innych typów grawimetrów) do-
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 03/2007 (14)
geotechnika
geotechnika
kładności pomiarów, wynoszącej około ą0,010mGal i powta-
rzalności wyników w granicach ą0,005mGal.
Pomiary mikrograwimetryczne w rejonie badań wykonano
metodą punktów pośrednich. Ciągi pomiarowe dowiązywano
do jednego lokalnego punktu bazowego nr 0 (fot. 2). Punkt ba-
zowy został niezależnie zastabilizowany w celu umożliwienia po-
miarów kontrolnych w wspólnym układzie. Dowiązania ciągów
pozwoliły wyeliminować krótkookresowy dryft zera przyrządu.
Średnio i długookresowe zmiany miejsca zera grawimetru, spo-
wodowane głównie składową pionową sił lunisolarnych, elimi-
nowane były w czasie pomiarów poprzez program wewnętrzny
przyrzÄ…du CG-3, zgodnie z algorytmem Longmana.
W celu porównania ze sobą pomierzonych wartości siły
ciężkości wszystkie obserwacje mikrograwimetryczne sprowa-
dzone zostały do tego samego poziomu odniesienia za pomo-
cą redukcji Bouguera, na którą składają się dwie poprawki siły
ciężkości:
" poprawka wolnopowietrzna (Faye a)  eliminująca wpływ
wysokości położenia punktu pomiarowego względem po-
ziomu odniesienia,
" poprawka Bouguera  eliminująca składową pionową siły
przyciągania kompleksu skalnego ograniczonego płaszczy-
znami poziomymi przechodzÄ…cymi przez punkt pomiarowy
i poziom odniesienia,
Rys. 1. Lokalizacja mikrograwimetrycznych profili pomiarowych 1  8 na tle
Poprawki Bouguera obliczono przyjmując dla utworów
mapy wysokościowej
warstwy redukowanej gęstość objętościową wynoszącą
------------------------------------------------------------------------------------------
1,50·103 kg·m-3.
SCINTREX V5.2 AUTOGRAV / Field Mode R5.35
Ser No: 4511.
Po zredukowaniu pomiarów grawimetrycznych do przyjęte-
Line: 0. Grid: 1. Job: 0. Date: 04/03/31 Operator: 0.
go poziomu odniesienia można wyciągać wnioski geologiczne
GREF.: -5100. mGals Tilt x sensit.: 256.9
porównując w każdym punkcie pomiarowym zredukowaną
GCAL.1: 6693.614 Tilt y sensit.: 267.5
wartość siły ciężkości z jej wartością normalną. Wartość nor- GCAL.2: 0.0 Deg.Latitude: 50.3
TEMPCO.: -0.1305 mGal/mK Deg.Longitude: -19.
malną siły ciężkości obliczono wzorem Moritz a.
Drift const.: 0.382 GMT Difference: -2.hr
Drift Correction Start Time: 11:09:45 Cal.after x samples: 6
W trakcie prac grawimetrycznych dokonywano pomiaru
Date: 03/11/26 On-Line Tilt Corrected =  *
wysokości statywu pod przyrządem pomiarowym (fot. 2), dla ------------------------------------------------------------------------------------------
Station Grav. SD. Tilt x Tilt y Temp. E.T.C. Dur # Rej Time
uwzględnienia w obliczeniach wartości poprawki wolnopo-
0. 135.315 0.064 -2. -9. -0.00 -0.050 60 0 10:08:13
A: 52. B: 36.
wietrznej siły ciężkości.
0. 136.505 0.048 -5. 8. -0.05 -0.049 60 1 10:19:48
Powtórzone pomiary grawimetryczne umożliwiły obliczenie
A: 45.
0. 136.505 0.081 -4. -3. -0.05 -0.049 60 3 10:22:45
średniego błędu kwadratowego pojedynczego pomiaru, który
0. 136.505 0.036 -3. -2. -0.04 -0.049 49 0 10:24:28
wyniósł ą0,01mGal, co odpowiada możliwościom technicznym 0. 136.510 0.042 -4. -2. -0.04 -0.048 60 0 10:25:40
0. 136.510 0.058 -4. -2. -0.03 -0.048 60 1 10:27:06
i potwierdza wysoką dokładność zastosowanego sprzętu po-
0. 136.510 0.037 -5. -1. -0.03 -0.048 60 0 10:28:31
0. 136.505 0.039 -5. -2. -0.02 -0.048 60 0 10:32:46
miarowego. Odchylenie standardowe pojedynczego pomiaru
Tab. 1. Fragment dziennika pomiarowego
wykazywane każdorazowo na monitorze przyrządu w trakcie
wykonywania obserwacji wahało się w granicach ą0,007mGal.
Amplituda anomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera dla
wszystkich profili pomiarowych wyniosÅ‚a 0,704 µGal. Roz-
kłady mikroanomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera ob-
liczone dla gęstości utworów przypowierzchniowych równej
1,50·103 kg·m-3 sÄ… przedstawione na rys. 2.
Różnicę w danym punkcie, pomiędzy wartością siły ciężko-
ści zredukowaną do poziomu odniesienia i wartością normal-
ną nazywa się anomalią siły ciężkości. Rozkład tych anomalii
wskazuje na stopień niejednorodności rzeczywistego rozkładu
mas w ośrodku skalnym w stosunku do jednorodnego rozkła-
du mas w elipsoidzie odniesienia.
Obliczone wartości anomalii siły ciężkości w redukcji Bo-
uguera łącznie z wszystkimi pomierzonymi wielkościami znaj-
dują się w archiwum zespołu pomiarowego [4].
Fragment dziennika pomiarowego zamieszczono w tab. 1.
Interpretacja badań mikrograwimetrycznych
Dla wyznaczenia gęstości wykorzystano metodę Parasnisa
Rys. 2. Wyniki interpretacji gęstościowej pomiarów mikrograwimetrycznych
i wnioski metodyczne z pionowego profilowania gęstości.
wzdłuż profilu 100-109
Dla każdego profilu obliczono współrzędne lokalne odle-
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 03/2007 (14)
geotechnika
geotechnika
głości poziomej. W trakcie interpretacji wydzielono gęstości
interwałowe dla stref zboczy ograniczonych poprzez poziome
płaszczyzny poprowadzone przez punkty pomiarowe. Okre-
ślono też niezależnie dla każdego profilu 1, 2 i 3 kompleksy
o wzrastającej gęstości, odpowiednio A, B i C przyjmując za
kryterium interwały o nieznacznie z punktu widzenia obliczeń
geotechnicznych różniących się gęstościach. Poniżej przedsta-
wiona jest przykładowa analiza dla pierwszego profilu pomia-
rowego.
Lokalizację profilu 1 przedstawiono na rys 1. Został on wy-
znaczony dla rejonu składowiska, którego budowę rozpoczę-
to 3 lata temu. W wyniku obliczeń uzyskano rozkład ciężaru
objętościowego zawierający się w przedziale od 1,32G/cm3 do
1,71 G/cm3. Wartość średnia dla całego składowiska w tym re-
jonie brzeżnym wynosi 1,47 G/cm3, dla gradientu 0,39 G/cm3.
Wydzielono trzy kompleksy A1, B1 i C1, przedstawione na rys. 2.
Ich położenie i wartości gęstości interwałowych wskazują na
prawidłowy wzrost gęstości z głębokością  naturalny dla tak
konstruowanych antropogenicznie kompleksów.
WYNIKI OBLICZEC
STATECZNOÅšCI FS ZBOCZY
DLA PROFILI OD 1 DO 8
Przyjęte parametry fizyko-mechaniczne gruntów na podsta-
wie pomiarów grawimetrycznych i laboratoryjnych:
kN
" warstwa  1 (mieszanina odpadowo-gruntowa)  Å‚ = 14,6 ,
m3
Ć = 32°, c = 15 kPa,
kN
" warstwa  2 (podÅ‚oże skÅ‚adowiska)  Å‚ = 20 , Ć = 40°,
m3
c = 20 kPa,
" warstwa  3  bedrock,
Rys. 3. Wyniki obliczeń stateczności FS GEO-SLOPE,
wersja 2002, 2002/W - OFFICE for geotechnical solutions - 5
skala pozioma  odległość [m], skala pionowa  wysokości [m]
zmiana wys. o h [m] na odległości x[m], ą = kąt nachylenia
PODSUMOWANIE BADAC

1. W wyniku obliczeń uzyskano rozkład gęstości zawierający
się w przedziale od 1,00 G/cm3 do 1,90 G/cm3. Wartość śred-
nia dla całego składowiska w tym rejonie brzeżnym wynosi
1,46 G/cm3. Wydzielono trzy kompleksy A3, B3 i C3. Ich po-
łożenie i wartości gęstości interwałowych wskazują na etapy
budowy wału. Warstwa wysokogęstościowa zlokalizowana
w połowie stoku obrazuje ten fakt. Jest możliwe, że lokalnie
użyto w tym rejonie innych utworów do budowy.
2. Rozkłady anomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera dla
profili 1 i 2 i obliczone gęstości interwałowe wskazują na
Fot. 2. Grawimetr CG3 na punkcie bazowym nr 0
prawidłowy wzrost gęstości z głębokością  co sprzyja
utrzymaniu stateczności zboczy. rotworze w celu odtwarzania wartości budowlanej terenów
3. Przeprowadzone badania wykazały przydatność metody tak pogórniczych. Monografia, AGH, Kraków, 2004.
w sensie ekonomicznym, jak i merytorycznym określenia [4] Radomiński J., Współdziałanie metod grawimetrycznych
najważniejszego parametru geotechnicznego w tym przy- i geotechnicznych w rozwiązywaniu problemów budownic-
padku, czyli gęstości. Podkreślić trzeba fakt, że pomiary twa drogowego. Konf.  Geofizyka Środowiska na progu XXI
i ich interpretacja określają ten parametr w warunkach w . Kraków, 2004, 189 201.
in situ i umożliwiają określenie gęstości interwałowych [5] Mikoś T., Stewarski E., Górnicza eksploatacja hałd odpa-
praktycznie o takim zagęszczeniu jak jest zaprojektowana dów pohutniczych. Miesięcznik WUG nr 5/2003, 34 46.
odległość między punktami pomiarowymi.
Artykuł wykonano w ramach badań statutowych. Nr umowy
LITERATURA 11.11.100.588
[1] Fajklewicz Z., Mikrograwimetria górnicza. Wyd. Śląsk, Ka-
towice, 1980.
[2] Stewarski E. i inni, Zespół Naukowy Fundacji Nauka i Tra-
dr inż. Edward Stewarski
dycje Górnicze, Ocena stateczności zboczy składowiska od-
autor
Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki, AGH
padów w Siemianowicach Śląskich określonej metodami geo-
prof. dr hab. inż. Wiesław Piwowarski
technicznymi zgodnie z wymogami RozporzÄ…dzenia Ministra
Katedra Ochrony Terenów Górniczych, AGH
Åšrodowiska z dnia 9 grudnia 2002 r.
[3] Stewarski E. i inni, Badania zmian deformacyjnych w gó-
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 03/2007 (14)