Politechnika Świętokrzyska w Kielcach Kielce 2011-01-22,23

xardas

GEOLOGIA

TEMAT : Stateczność skarp skalistych zwięzłych (klasyfikacja zboczy: konsekwentne, asekwentne itd., metody geomorfologiczne obliczania stateczności

Stateczność zboczy – jedno z podstawowych zagadnień geotechniki. Zbocze jest stateczne, gdy nie występują w nim ruchy masowe, takie jak osuwiska czy zsuwy. Miarą stateczności jest stosunek sił lub momentów sił dążących do zachowania równowagi do sił lub momentów sił dążących do osunięcia. Ocena stateczności skarp i zboczy polega na wyznaczeniu minimalnego wskaźnika stateczności F i porównaniu go ze wskaźnikiem dopuszczalnym dla danej konstrukcji. Zbocze jest uważane za stabilne, gdy F > 1, czyli siły stawiające opór przemieszczeniu są większe niż siły dążące do przemieszczenia mas gruntu, jednak wymagane wskaźniki dla różnych budowli wahają się zazwyczaj w granicach 1,2–1,5. Zagadnienie oceny stateczności skarp i zboczy obejmuje analizę statycznej i dynamicznej stabilności zboczy zapór, nasypów, wykopów itd.

W przypadku zboczy zbudowanych z gruntów luźnych mogą rozwijać się sferyczne strefy charakteryzujące się osłabioną wytrzymałością. Prawdopodobieństwo tego zdarzenia można przewidzieć posługując się prostymi pakietami do analizy dwuwymiarowej. Podstawową trudnością w analizie stateczności zboczy jest umiejscowienie powierzchni najbardziej prawdopodobnych przemieszczeń oraz znajomość warunków wodnogruntowych. Wiele osuwisk może być analizowanych jedynie po wypadkach, które następują, gdy siły prowadzące do przemieszczenia przekraczają stabilizujące siły tarcia.

W rejonach sejsmicznych zazwyczaj prowadzona jest analiza stateczności dla warunków statycznych i pseudo-statycznych, a siły trzęsienia ziemi są traktowane jako obciążenia statyczne.

Skarpa – antropogeniczny utwór gruntowy, którego powierzchnia tworzy z poziomem kąt pochylenia.

Zbocze (stok) – naturalny utwór gruntowy, którego powierzchnia tworzy z poziomem kąt pochylenia.

Rozróżnia się następujące rodzaje ruchów mas gruntu na zboczach:

-spływy (spełzywanie),

-obrywanie

-zsuwy (osypywanie),

-osuwiska (usuwiska).

Zsuw – obsunięcie się górnej warstwy gruntu po powierzchni poślizgu zbliżonej kształtem do płaszczyzny, a więc są to zsuwy gruntów niespoistych i osuwiska

konsekwentne.

Spływ – płynięcie masy gruntowej bez określonej powierzchni poślizgu, w postaci poruszających się z różnych prędkościami poszczególnych elementów masy gruntowej, np. spływy skarp na wiosnę.

Spływ skarpy na wiosnę. 1 – kształt skarpy przed spływem, 2 –

kształt skarpy po spływie.

Obrywanie – oderwanie i runięcie w dół z dużą szybkością mas skalnych.

Osuwisko – ruch masy gruntu w dół wzdłuż krzywoliniowej

powierzchni poślizgu.

Typy osuwisk:

osuwiska asekwentne: tworzą się w jednorodnych gruntach nie uwarstwionych, np. w glinach i iłach. Powierzchnia poślizgu ma w przybliżeniu kształt powierzchni kołowo – walcowej,

. obrywanie skał osuwisko asekwentne

osuwiska konsekwentne: są to osuwiska, których powierzchnie poślizgu są zgodne z powierzchnią naturalną istniejącą w budowie geologicznej zbocza, np. z płaszczyzną warstwowania,

osuwiska insekwentne: są to osuwiska, których powierzchnia poślizgu przecina wielowarstwowy masyw stoku w poprzek warstw różnych gruntów. Powierzchnia poślizgu ma kształt złożony. W celu uproszczenia obliczeń przyjmuje się powierzchnię

poślizgu jako kołowo – walcową.

. . osuwisko konsekwentne osuwisko insekwentne

Osuwiska: powstają najczęściej na zboczach dolin rzecznych, na wybrzeżach morskich i zboczach górskich. Osuwiska występują również przy wykonywaniu większych wykopów, przekopów i nasypów.

W Polsce osuwiska występują najczęściej na zboczach dolin w Karpatach, nad środkową Wisłą oraz na stromym brzegu Bałtyku. Powodują one duże zniszczenia, np. dróg, lasów, zbiorników wodnych, budowli hydrotechnicznych, budynków itp.

Osuwiska powstają w wyniku działania siły ciężkości, gdy zostaje przekroczona równowaga pomiędzy naprężeniami ścinającymi i oporem gruntu na ścinanie.

Utratę stateczności zbocza powodują więc nowe siły, albo zmniejszenie oporu gruntu na ścinanie.

Najczęstsze przyczyny powstawania osuwisk:

- upad warstw gruntów lub kierunek spękań skał jest zgodny z kierunkiem nachylenia zbocza,

- podmycie lub podkopanie zbocza,

- obciążenie zbocza lub terenu nad nim przez budowle lub składy materiałów,

- wypełnienie wodą szczelin lub spękań ponad zboczem,

- wypór wody i ciśnienie spływowe w masie gruntowej zbocza, powstające na skutek nagłego obniżenia poziomu wody powierzchniowej,

- napór wody od dołu na górne warstwy mało przepuszczalne, powodujące zmniejszenie sił oporu na ścinanie,

- nasiąknięcie gruntu na skutek opadów deszcze lub topnienia śniegu, co

powoduje pęcznienie gruntu, a tym samym zmniejszenie wytrzymałości na ścinanie,

- wietrzenie i rozluźnienie skał oraz gruntów, a więc niszczenie ich - pofałdowanie terenu przez lodowce i ruchy tektoniczne,

- istnienie wygładzonych powierzchni poślizgu na terenach starych osuwisk,

- wstrząsy wywołane np. lawiną, wybuchami, trzęsieniem ziemi, ruchem

drogowym,

- sufozja tzn. wynoszenie z masy gruntu drobniejszych ziarn lub cząstek przez infiltrującą wodę powodujące powstawanie kawern, a następnie ruchy mas skalnych i gruntowych,

- przemarzanie i odmarzanie gruntu powodujące zmiany jego struktury i

wytrzymałości na ścinanie,

- wypieranie gruntu np. po odsłonięciu w wykopie gruntów plastycznych może nastąpić ich wypchnięcie przez nacisk nakłady poza wykopem,

- niewłaściwe zaprojektowanie nachylenia skarp wykopu lub nasypu.