geotechnika
geotechnika
Pomiary geotechniczne w kontroli
stateczności zboczy
1. Wprowadzenie pokład węgla i skały podłoża mezozoicznego  margle). Do
Zagadnienia związane z oceną stateczności zboczy należą do pomiaru ciśnień w górotworze zastosowano trzyczujnikowe
stosunkowo trudnych zadaÅ„ inżynierskich z uwagi na zagro- sondy otworowe Glötzl typu EBKO 10/20 K50/3V DKV. Poje-
żenia mogące powstać w wyniku niewłaściwej oceny sytuacji dynczy czujnik stanowi tzw. poduszka hydrauliczna w kształcie
(np. wystąpienie niekontrolowanych osuwisk). Stąd w nowo- prostokąta. Każdy z czujników jest odpowiednio zorientowany
czesnych metodach projektowych jak również kontrolnych względem osi pionowej. Dla warunków KWB  Bełchatów son-
coraz większą wagę przypisuje się pomiarom geotechnicznym. dy w otworze badawczym zabudowano w sposób pozwalający
Pomiary te pozwalają na prowadzenie obserwacji procesów na prowadzenie pomiarów w kierunku prostopadłym do zbocza
zachodzących w masywie skalnym bezpośrednio w miejscu ich południowego.
powstania. Wyniki prowadzonego monitoringu pozwalają na Pomiary przemieszczeń wgłębnych prowadzone są w otwo-
kontrolę zjawisk i dają podstawę do weryfikacji założeń projek- rach badawczych zlokalizowanych na poziomach górniczych
towych oraz do podejmowania działań zabezpieczających lub oraz na koronie odkrywki. Głębokość otworów dostosowana
ograniczających negatywne skutki wystąpienia zagrożeń. jest do lokalnych warunków geologicznych i obejmuje przedział
Zagadnienia stateczności zboczy mają istotne znaczenie głębokości 30-100 m. Realizuje się je w otworach badawczych
w procesie prowadzenia eksploatacji złóż metodą odkrywkową, wyposażonych w kolumny rur inklinometrycznych o odpowied-
użytkowaniu obiektów hydrotechnicznych czy innych obiektów nim profilu pozwalającym na zorientowane prowadzenie sondy
inżynierskich zlokalizowanych w rejonach predysponowanych pomiarowej we wzajemnie prostopadłych osiach pomiarowych
osuwiskowo, gdzie skomplikowana budowa geologiczna oraz A i B. Wyniki odczytywane sÄ… w interwale co 0.5 m. Dodatkowo
czynniki zewnętrzne mogą spowodować zagrożenia o skutkach OBR BG  BUDOKOP prowadzi pomiary kąta skręcenia kolum-
trudnych do przewidzenia. ny inklinometrycznej.
Prezentowany referat ma na celu przybliżenie tematyki po- Każdy z otworów inklinometrycznych wyposażony został w
miarów geotechnicznych realizowanych w warunkach  in situ głowicę o odpowiedniej konstrukcji (fot. 1a), stanowiącej jedno-
oraz wykazanie celowości ich prowadzenia. Autorzy bazują cześnie zabezpieczenie na czas przerwy pomiędzy pomiarami.
na dotychczasowych doświadczeniach OBR BG  BUDOKOP Otwory badawcze pomiaru ciśnień wyposażone są w skrzynki
uzyskanych w czasie prowadzenia prac badawczych dla KWB połączeniowe, w których dokonuje się odczytu wskazań czuj-
 Bełchatów oraz wynikach badań własnych. ników. Skrzynki te na czas przerwy pomiędzy pomiarami są
dodatkowo zabezpieczane osłoną (fot.2).
2. Zakres prowadzonych
pomiarów geotechnicznych 4. Przykładowe wyniki pomiarów
Pomiary geotechniczne realizowane przez OBR BG  BU- Zrealizowane dotychczas prace badawcze w zakresie pomia-
DOKOP na obszarze KWB  Bełchatów obejmują pomiary rów ciśnień pozwoliły na uzyskanie wstępnych informacji o
przemieszczeń wgłębnych (inklinometry) oraz pomiary wpływie prowadzonej eksploatacji na zmianę rozkładu ciśnień
ciśnień (sondy otworowe). Monitoring prowadzony jest w górotworze. Z kolei wyniki pomiarów inklinometrycznych
w związku z eksploatacją złoża węgla, dla kontroli statecz- dostarczają informacji o przebiegu deformacji w górotworze,
ności zboczy stałych odkrywki oraz dla określenia wpływu pozwalając na określenie wielkości i kierunków przemieszczeń.
prowadzonej eksploatacji na zmienność parametrów góro- Przebieg procesu odtwarzania i stabilizowania się naprężeń
tworu. w górotworze oraz reakcje wywołane prowadzoną eksploatacją
górniczą wyraz
nie widoczne sÄ… w wynikach uzyskanych dla
3. Stanowiska badawcze i przyrządy pomiarowe warstwy iłów, co ilustruje rys.1. Prezentowane wyniki pomiarów
Badania rozkładu ciśnień (naprężeń) prowadzone są obejmują okres ok. 3 lat, a badania realizowane były w warun-
w dwóch stanowiskach badawczych w trzech kompleksach kach stabilnej sytuacji górniczej oraz w czasie prowadzenia prac
geologicznych (przekonsolidowane iły trzeciorzędowe, główny związanych z wybieraniem kolejnych poziomów górniczych.
W okresie pierwszych 10 miesięcy obser-
wujemy odtwarzanie się stanu równowagi,
która naruszona została wykonaniem otworu
badawczego. W tym okresie w rejonie zabu-
dowy stanowiska badawczego nie prowadzo-
no robot górniczych. Wartości ciśnień wyka-
zują tendencje wzrostowe, dążąc do stałej
wartości. W tym okresie największe wartości
rzędu 4 barów zarejestrowano w kierunku
prawie prostopadłym do zbocza południowe-
go. Wartości ciśnień utrzymywały się na tym
poziomie do czasu rozpoczęcia eksploatacji
kolejnych poziomów górniczych, wykazując
niewielkie tendencje wzrostowe. Rozpoczęcie
Fot. 1. Widok stanowisk badawczych
prac zwiÄ…zanych z wybieraniem kolejnych
Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02) 27
geotechnika
geotechnika
poziomów górniczych znalazło odzwiercie-
dlenie w wynikach pomiarów. Przejście ko-
lejnych frontów eksploatacji powodowało
obniżanie się wartości ciśnień. W okresach
oddalania się frontu robót od stanowiska
pomiarowego zarejestrowano tendencje
wzrostowe, które przerywane były kolej-
nym przejściem frontu eksploatacyjnego.
Pomiary inklinometryczne dostarczajÄ…
informacji o wielkościach oraz kierunkach
przemieszczeń poziomych w przedziale
głębokości objętym pomiarami. Rodzaj
powstających deformacji ma zróżnicowany
przebieg, sÄ… przypadki kiedy deformacja
występuje na określonej głębokości (rys.2)
lub deformacjom podlega cały badany od-
cinek (rys.3). W związku z tym dla właści-
Rys. 1. Obraz rozkładu ciśnień w warstwie iłu  KWB  Bełchatów
wej oceny sytuacji uzyskane wyniki należy
powiązać z lokalizacją punktów badawczych, lokalną sytuacją
WSW ENE NNW SSE
geologiczno  górniczą, zasięgiem głębokościowym objętym
Odchylenie w osi A [cm] Odchylenie w osi B [cm]
badaniami oraz czasem prowadzenia pomiarów.
Poniżej przedstawiono przykładowe wyniki pomiarów obra-
zujące zróżnicowany przebieg deformacji.
Rysunek 2 ilustruje wyniki pomiarów dla stanowiska badaw-
czego o początkowej długości 100 m, w którym w stosunkowo
krótkim okresie czasu (1-2 mies.) stwierdzono powstanie na głę-
bokości ok. 13 m przemieszczeń o wartości wypadkowej rzędu
4 cm. Należy podkreślić, że deformacja wystąpiła w krótkim od-
cinku, co spowodowało przegięcie kolumny inklinometrycznej
uniemożliwiające prowadzenie pomiarów w pełnym zakresie
głębokościowym. Kolejne pomiary prowadzone na dostępnym
odcinku potwierdzają przyrost deformacji, który osiągnął ok.
7 cm i wykazuje dalszy trend przyrostowy. Uzyskane wyniki
pozwoliły na zidentyfikowanie płaszczyzny poślizgu w obrębie
badanych warstw.
Kolejny przykład (rys.3) ilustruje obraz deformowania się
kolumny na całej długości (87 m) otworu badawczego. W tym
przypadku deformacje maksymalne (wypadkowe) osiÄ…gajÄ… na
poziomie wlotu otworu ok. 9 cm, na głębokości 11.5 m ok.
8.4 cm, a na głębokości przykładowo 20.5 m ok. 6 cm. Prze-
Rys. 2. Obraz przemieszczeń poziomych w kierunkach osi pomiarowych
mieszczenia skierowane sÄ… w stronÄ™ prowadzonej eksploatacji
w otworze badawczym 1552B/IN-3S
górniczej.
Zaprezentowane wyniki pomiarów stanowią jedynie przykład
NW SE NE SW
ilustrujący procesy deformacyjne zachodzące w górotworze, Odchylenie w osi A [cm] Odchylenie w osi B [cm]
w sąsiedztwie którego prowadzone są roboty górnicze.
Ponadto pomiary przemieszczeń wgłębnych prowadzone są
w otworach zlokalizowanych na zboczach stałych w rejonach
zagrożeń osuwiskowych  występowania osuwisk dla kontroli
przebiegu deformacji ich tempa oraz wielkości. Uzyskane wyni-
ki potwierdzają, że w zależności od lokalizacji punktu badaw-
czego tzn. od lokalnych warunków geologicznych wielkości
przemieszczeń są minimalne lub wykazują tendencje rosnące
w przedziale głębokości, gdzie stwierdzono występowanie po-
tencjalnych płaszczyzn poślizgu.
Należy podkreślić, że w przypadku pomiarów przemiesz-
czeń, zwłaszcza w warunkach skomplikowanej budowy geolo-
gicznej, konieczne jest prowadzenie pomiarów kąta skręcenia
kolumny inklinometrycznej, który w sposób jednoznaczny
określa położenie osi pomiarowych, umożliwiając tym samym
wyznaczenie rzeczywistego kierunku wypadkowych deforma-
cji. W szczególnych przypadkach może bowiem dochodzić do
skrÄ™cenia kolumny inklinometrycznej nawet do 90°, co wobec
Rys. 3. Obraz przemieszczeń poziomych w kierunkach osi pomiarowych
braku takich danych powoduje błędną interpretację uzyska-
w otworze badawczym 1577B/IN-22S
nych wyników.
28 Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02)
geotechnika
geotechnika
5. Zastosowanie wyników pomiarów stanowią jeden z elementów kontroli stateczności zboczy wyko-
Doświadczenia OBR BG  BUDOKOP uzyskane na obszarze rzystany w warunkach kopalni odkrywkowej. Tego typu metody
KWB  Bełchatów potwierdzają, że wyniki uzyskane na drodze badawcze sprawdzają się również w warunkach występowania
pomiarów geotechnicznych w naturalnych warunkach górniczo- zagrożeń osuwiskowych, jednak w warunkach krajowych są
geologicznych stanowią cenny element informacyjny zarówno mało popularne. l
dla projektantów jak i wykonawców.
Referat został wygłoszony podczas konferencji  Budownictwo Podziemne 2003
Pomiary ciśnień (naprężeń) w górotworze, w ustalonych przez
zorganizowanej przez Wydział Górnictwa i Geoinżynierii AGH
projektanta kierunkach, pozwalają określić przebieg ich zmian w
wyniku prowadzonej eksploatacji dla różnych kompleksów lito-
LITERATURA
logicznych. Z kolei pomiary przemieszczeń w powiązaniu z po-
[1] Czarbecki L, Dynowska M, Szymański J: Badania stanu naprężeń w
miarem kąta skręcenia kolumny inklinometrycznej pozwalają na
górotworze jako element kontroli stateczności skarp w Kopalni Węgla
określenie rzeczywistych kierunków przemieszczeń w strefie Brunatnego  Bełchatów Górnictwo Odkrywkowe Nr 4, s.13-18, 2002,
Prace niepublikowane :
objętej badaniami. Ponadto dostarczają informacji o miejscach
[2] Badanie stanu naprężeń górotworu w rejonie 65 linii przekroju
występowania potencjalnych płaszczyzn poślizgu.
geologicznego SN w strefie zejścia do rowu II rzędu  KWB  Bełcha-
Ponieważ numeryczne modelowanie zjawisk geomechanicznych
tów  opracowanie OBR BG  BUDOKOP , Mysłowice grudzień 2000r,
związanych z prowadzoną eksploatacją obciążone jest błędem
[3] System pomiarów odkształceń wgłębnych w inklinometrach
zależnym od dokładności przyjmowanych do obliczeń danych
KWB  Bełchatów  opracowanie OBR BG  BUDOKOP , Mysłowice
charakteryzujących ośrodek, wskazana jest weryfikacja wyników
listopad 2001r,
poprzez pomiary  in situ ciśnień i przemieszczeń co umożliwia
[4] Badanie stanu naprężeÅ„ górotworu in situ poduszkami Glötzla w
wprowadzanie niezbędnych korekt w założeniach projektowych.
masywie margli kredowych KWB  Bełchatów  opracowanie OBR BG
W procesie weryfikacji dokonać można:
 BUDOKOP , Mysłowice kwiecień 2002r,
* zmiany konturu zbocza, a przez to stworzenie korzystniej-
[5] Monitoring odkształceń wgłębnych górotworu KWB  Bełchatów
szych a równocześnie bezpiecznych warunków eksploatacji,
 opracowanie OBR BG  BUDOKOP , Mysłowice styczeń 2003r.
* określenia dopuszczalnych wartości przemieszczeń konturu
zbocza,
* zmian w przyjętym modelu obliczeniowym pozwalających
Maria Dynowska
na opracowanie prognozy zachowania się górotworu,
Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Budownictwa
autorzy
* określenia zakresu monitoringu niezbędnego do kontroli Górniczego  BUDOKOP , Mysłowice
stateczności stref zagrożonych, umożliwiającego podejmowanie
Roman Gruszka
ewentualnych działań zapobiegających zagrożeniom.
Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Budownictwa
Metody badawcze obejmujÄ…ce pomiary geotechniczne (ci-
Górniczego  BUDOKOP , Mysłowice
śnień i przemieszczeń) zaprezentowane w niniejszym artykule
Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02) 29