Czynniki stat..-Może ona dotyczyć tylko samych skarp nasypu (wynika to z założeń konstrukcyjnych budowli), jak również całego systemu: nasyp-podłoże gruntowe. Wiarygodne wyniki analizy stateczności, będące podstawą do bezpiecznego wznoszenia i eksploatacji budowli, zostaną uzyskane jedynie po kompleksowej ocenie wielu czynników wpływających na stateczność budowli. Poniżej zostały wymienione najistotniejsze z nich: -warunki gruntowe * miąższość, uwarstwienie i układ głównych warstw podłoża * zróżnicowanie przestrzenne warstw * warunki wodno-gruntowe (filtracja, ciśnienie hydrostatyczne ,ciśnienie artezyjskie) -warunki budowlane * zakres i rodzaj robót * geometria budowli * kolejność wykonywanych prac, * wielkość i czas zadawanych obciążeń (włącznie z cyklicznymi) * warunki brzegowe drenażu * sztywność budowli * czas budowy -właściwości mechaniczne gruntów podłoża * przepuszczalność * wytrzymałość na ścinanie * ściśliwość * właściwości dotyczące odkształceń przed zniszczeniem *zależność od prędkości odkształceń, pełzanie gruntu.Zakres i rodzaj analizy stat. Zaprojektowanie budowli ziemnej nie zagrażającej otoczeniu, a której wymiary będą ekonomicznie racjonalne, wymaga oceny jej stateczności, nie tylko podczas budowy, ale również w trakcie użytkowania. Przypadek budowlany obejmuje okres budowy, aż do momentu zakończenia robót ziemnych. W okresie tym ma miejsce obciążanie ciężarem budowli, w wyniku czego dochodzi do konsolidacji podłoża. W gruntach o malej przepuszczalności powstają nadwyżki ciśnienia wody w porach, które mogą wpływać na obniżenie wytrzymałości podłoża, a w konsekwencji pogorszenie stateczności. Na tym etapie, szczególnie przy posadowieniu na gruntach słabych, ważne jest sprawdzenie, czy dana budowla może zostać wzniesiona jednoetapowo, czy też konieczne jest zastosowanie budowy etapowej, w wyniku której dochodzi do stopniowego wzmocnienia podłoża. W przypadku prowadzenia budowy etapowej szczególnie istotne jest prognozowanie przebiegu wzrostu wytrzymałości podłoża i przyjmowanie aktualnych parametrów wzmocnionego podłoża do analizy stateczności kolejnych etapów. Przypadek eksploatacyjny dotyczy analizy obiektu przy uwzględnieniu obciążeń użytkowych oraz mogących wystąpić w okresie eksploatacji obciążeń dodatkowych. Należy tu zaznaczyć, że analiza stateczności budowli powinna dotyczyć zarówno skarpy odwodnej (gwałtowne opróżnianie zbiornika), jak i odpowietrznej (napełnianie zbiornika, stany powodziowe). W szczególnych przypadkach należy uwzględniać obciążenia dynamiczne (ruch ciężkich pojazdów, wstrząsy sejsmiczne). W celu dokonania prawidłowej oceny stateczności należy wybrać odpowiednią metodę, zdecydować czy analiza będzie przeprowadzana w warunkach naprężeń całkowitych czy efektywnych. W przypadku analizy w naprężeniach całkowitych należy właściwie dobrać wytrzymałość na ścinanie w warunkach bez odpływu z uwzględnieniem zmian stanu naprężenia efektywnego. Analiza stateczności w naprężeniach efektywnych opiera się na efektywnych parametrach wytrzymałościowych, przy czym warunki odpływu modelowane są za pomocą wartości ciśnienia wody w porach. Zatem konieczna jest nie tylko znajomość początkowego rozkładu ciśnienia wody w porach, ale i prawidłowa prognoza nadwyżek ciśnienia wody w porach, powstałych podczas zwiększania obciążenia. Jest to trudne zwłaszcza w przypadku gruntów organicznych. Wybór metody obliczeniowej *metody oparte na analizie równowagi granicznej *metody numeryczne (Metoda Elementów Skończonych) *metody pośrednie (m.in. metody równowagi granicznej wykorzystujące do obliczeń stan naprężenia określony za pomocą MES). M. RÓWNOWAGI GRANICZNEJ- W obliczeniach stateczności najczęściej wykorzystywane są metody równowagi granicznej. Opierają się one na założeniu *płaskiego stanu odkształcenia i naprężenia,* hipotezy wytrzymałościowej Coulomba-Mohra, *niezależności parametrów wytrzymałościowych ϕ i c od czasu, *występowania wzdłuż całej powierzchni poślizgu jednakowych przemieszczeń. Podstawowym ZAŁOŻENIA metod równowagi granicznej jest to, że zniszczenie zbocza następuje na skutek poślizgu bryły gruntu po określonej powierzchni zniszczenia. W chwili zniszczenia wytrzymałość na ścinanie gruntu jest całkowicie zmobilizowana wzdłuż całej powierzchni zniszczenia, a cała bryła i poszczególne jej części są w stanie równowagi statycznej. Wytrzymałość gruntu na ścinanie jest zwykle opisywana warunkiem zniszczenia Coulomba-Mohra: s=cu (w analizie w warunkach naprężeń całkowitych), s=c'+σ' tgφ' (W analizie w warunkach naprężeń efektywnych). Najczęściej stosowaną metodą równowagi granicznej jest metoda pasków, w której masyw potencjalnego osuwiska jest dzielony na pionowe paski lub kolumny w zależności od tego, czy sytuacja rozpatrywana jest na płaszczyźnie, czy w przestrzeni. W większości stosowanych metod, do obliczeń przyjmuje się płaski stan odkształceń, a grubość paska wynosi jeden metr. Założenie to sprawia, iż w praktyce rozpatrywana jest bryła o określonym kształcie na płaszczyźnie i o nieskończonej długości. W metodzie równowagi granicznej współczynnik stateczności jest definiowany jako współczynnik przy którym wytrzymałość gruntu wzdłuż powierzchni poślizgu zostanie zredukowana do wartości, przy której masa gruntu znajdzie się w stanie równowagi granicznej. Wartość współczynnika stateczności można uzyskać z trzech równań: *suma rzutów sil na kierunek pionowy równa się zero: Σ[Fv]i=0 *suma rzutów sił na kierunek poziomy równa się 0: Σ[ Fh]i=0 *suma momentów względem środka obrotu równa się 0: Σ[ Mo]i=0. METODA SZWECKA- Metoda szwedzka jest najprostszą metodą pasków, umożliwiającą nawet obliczenia odręczne. Podstawowe założenie brzmi, ze wypadkowa Q sił działających na boki paska Zl i ZR wywołuje moment tylko dla danego paska. Ze względu na wewnętrzny charakter działania sił między paskowych ich moment względem dowolnego punktu musi być równy zero. Takie założenie powoduje, ze kierunek działania siły Q jest równoległy do podstawy rozpatrywanego paska. Zatem wartość siły normalnej P po zsumowaniu rzutów sil na kierunek normalny do podstawy paska będzie zależna jedynie od ciężaru paska: P=W cosα. Obliczenie zsumowanych dla całej bryły momentów sił względem środka obrotu doprowadza do wyznaczenia współczynnika stateczności Fm. ZAŁOŻENIA: Właściwości gruntu: c', φ', γ W podstawie paska: * całkowite naprężenie normalne σ,* naprężenie styczne τ * ciśnienie wody w porach u. Kryterium zniszczenia : s= c'+σ' tgφ'. Zakładamy, że wypadkowa sił międzypaskowych jest równoległa do podstawy paska P=W cosα. Warunek ogólnej równowagi momentów względem punktu O: ΣW⋅R⋅ sinα=ΣT⋅R a więc Fm=Σ[c'⋅l+(W⋅cosα-u⋅l)⋅tgφ'] / ΣW⋅sinα Równanie nie zawiera F po prawej stronie, dlatego łatwo je rozwiązać za pomocą odręcznych obliczeń. Jednak nieprawdziwe założenia dotyczące sil międzypaskowych mogą spowodować błędy w oszacowaniu F dochodzące nawet do 60%. BISHOPA- To metodę z przeznaczeniem dla cylindrycznych powierzchni poślizgu , ale może ona być także stosowana do powierzchni dowolnych po określeniu umownego środka obrotu. W założeniu tej metody styczne siły międzypaskowe mogą być pominięte. Całkowita sita normalna działa w środku podstawy każdego paska i jest obliczana poprzez zrzutowanie sił w kierunku pionowym. ZAŁOŻENIA: Właściwości gruntu: c', φ', γ W podstawie paska: * całkowite naprężenie normalne σ,* naprężenie styczne τ * ciśnienie wody w porach u. Kryterium zniszczenia : s= c'+(σ-u) tgφ'. Warunek ogólnej równowagi momentów względem punktu O: ΣW⋅R⋅ sinα=ΣT⋅R a więc ΣW⋅sinα=Σ(1/F)[c'⋅l+(P-u⋅l)⋅tgφ'] stąd: Fm=Σ[c'⋅l+(P-u⋅l)⋅tgφ']/ΣW⋅sinα. W ostatnim równaniu współczynnik F występuje po obydwu stronach (po prawej ukryty w wartości P), dlatego też rozwiązanie uzyskujemy metodą iteracyjną. Zgodność wyników następuje dość szybko, po dwóch, trzech krokach obliczeni owych. MORGENSTERN i PRICE- opracowali metodę mającą zastosowanie zarówno dla cylindrycznych jak i nie cylindrycznych powierzchni poślizgu. Autorzy przyjęli, ze naprężenia i siły zmieniają się w sposób ciągły wzdłuż powierzchni poślizgu. Następnie, określając siły prostopadle i równoległe do podstawy każdego paska, sformułowali ogólne równania równowagi. Zależność pomiędzy między paskowy mi siłami stycznymi X a siłami normalnymi E została przyjęta w sposób następujący: X/E=λ⋅f(x). Gdzie f(x) jest funkcją rozkładu zmienności nachylenia kierunków sil międzypaskowych a λ jest współczynnikiem obliczeniowym. Wartości F i λ (przy założonej funkcji f(x)) spełniające warunki równowagi sił i równowagi momentów umożliwiają określenie współczynnika stateczności F=Ff=Fm. W obliczeniach mogą być wykorzystane różne postacie funkcji f(x). Wybór funkcji f(x) może być oparty na założeniach dotyczących rozkładu naprężeń normalnych na stykach pasków. METODA JANBU DOKŁADNA- Podstawową różnicą pomiędzy metodą uproszczoną a dokładną jest uwzględnienie w tej ostatniej sił między paskowych różnych od zera, działających na pasek w określonym punkcie. METODA OGOLNA- Fredlund i Krahn opracowali ogólną metodę formułowania i rozwiązywania równań równowagi Sformułowania są bardzo podobne dla powierzchni cylindrycznych i niecylindrycznych, z tą różnicą, że dla powierzchni dowolnych przyjmowany Fm i Ff są uzyskiwane w wyniku oddzielnych analiz równowagi momentowi równowagi sil. Dla powierzchni cylindrycznych: Fm=Σ[c'⋅l+(P-u⋅l)⋅tgφ']/ΣW⋅sinα. Ff=Σ[c'⋅l+(P-u⋅l)⋅tgφ']⋅cosα/ΣP⋅sinα. GRANICZNE NACHYLENIE SKARP-Równowaga skarpy z uwagi na powstanie płytkich zasuwów powierzchniowy zależy od jej nachylenia. Każdy materiał sypki, a więc i grunt, z którego zbudowana jest zapora, charakteryzuje się pewnym kątem stoku naturalnego o wartości bardzo zbliżonej lub równej kątowi tarcia wewnętrznego. Przekroczenie nachylenia odpowiadającego wartości kąta jest mniejszy od wynikającego z podanych krzywych ze względu na małą głębokość bryły poślizgu w stosunku do kąta β. OBCIĄŻENIA -Zapory ziemne są budowlami piętrzącymi, których stateczność zachowana jest dzięki wytrzymałości gruntu na ścinanie, zależnej w znacznym stopniu od obciążenia działającego na powierzchnię, wzdłuż której może nastąpić przekroczenie naprężeń granicznych. Przy sprawdzaniu stateczności uwzględniane są następujące obciążenia -Ciężar gruntu zapory -Ciężar gruntu w podłożu zapory. -Obciążenie poziomu — uwzględniane tylko w tych przypadkach gdy wartość obciążenia jest odpowiednio duża w stosunku do ciężaru własnego gruntu, np. w zaporach niskich. Dodatkowe obciążenia wynikające z zastosowania ubezpieczeń lub elementów uszczelniających są zwykle pomijane.-Obciążenie wywołane filtrującą wodą przez korpus zapory i podłoża - Ciśnienie wody w porach - Bezpośrednie parcie wody na elementy uszczelniające w zaporze (wąskie ekrany i rdzenie). - Specjalne czynniki wpływające na zwiększenie obciążeń ciężarem gruntu i wodą, jak np.: trzęsienie ziemi, wstrząsy spowodowane eksplozją materiałów wybuchowych uwzględniane są w specjalnych przypadkach. Pozostałe rodzaje obciążeń, jak: działanie lodu, śniegu czy wiatru mogą być uwzględniane jedynie przy sprawdzaniu wytrzymałości pewnych elementów zapory, natomiast oddziaływanie ich na korpus zapory jest tak małe, że nie zachodzi potrzeba brania ich pod uwagę. PRZYPADKI SPRAW.STAT- Stateczność zapory sprawdzana jest w następujących przypadkach: a. W przypadku budowlanym obejmującym okres budowy aż do momentu zakończenia robót ziemnych. W tym czasie występują' największe obciążenia ciężarem własnym, a konsolidacja gruntu korpusu zapory i podłoża nie zakończyła się jeszcze całkowicie. W części korpusu wykonanej z gruntów spoistych mogą wystąpić w okresie budowy duże wartości ciśnienia wody w porach, stwarzające niebezpieczeństwo naruszenia stateczności korpusu zarówno od strony wody górnej, jak i dolnej. Na ogół wartość ciśnienia wody w porach w tym okresie nie jest znana, co uniemożliwia określenie naprężeń efektywnych oraz zmusza do wyznaczania naprężeń całkowitych i korzystania z danych otrzymanych z badań laboratoryjnych typu Q, odpowiednio do stanu konsolidacji. b) W okresie eksploatacji, przy- ustalonej-filtracji. W tym okresie stateczność sprawdza się dla przypadku, gdy zwierciadło wody w zbiorniku znajduje się na poziomie odpowiadającym normalnemu piętrzeniu oraz przy przejściu wody miarodajnej i kontrolnej. W zależności od rodzaju przepływu wody (miarodajnej lub kontrolnej) wymagane są różne współczynniki pewności przy czym wartości ich są mniejsze przy przejściu wód kontrolnych, gdy poziom wody w zbiorniku układa się wyżej. Przy małej różnicy poziomu wody miarodajnej i kontrolnej w stosunku do wysokości zapory można się ograniczyć do (przeprowadzenia analizy stateczności dla przepływu wody miarodajnej. c) W przypadku szybkiego obniżenia zwierciadła wody w zbiorniku. Wskutek opróżniania zbiornika, najczęściej w specjalnych okolicznościach np. awarii, stateczność skarpy od strony zbiornika może być naruszona. Woda znajdująca się w porach gruntu zaczyna odpływać z odsłoniętych stref zapory. W zależności od rodzaju gruntu oraz czasu, w którym przebiega obniżanie się poziomu wody w zbiorniku, nastąpi bądź odpływ wody z gruntu powodujący niewielkie ciśnienie spływowe, bądź też pozostanie w nim, wywołując pewne ciśnienie w porach i dodatkowe obciążenia. Pierwszy przypadek dotyczy gruntów sypkich o dużym współczynniku filtracji, natomiast drugi obejmuje przede wszystkim środków częścizapór zbudowanych z gruntów spoistych Sprawdzanie stateczności odwodnej części zapory przeprowadzane jest przy wykorzystaniu parametrów gruntu uzyskanych z badań laboratoryjnych typu R, tj. przy bezodpływowym obciążeniu -próbki do stanu zniszczenia po wstępnej konsolidacji odpowiadającej okresowi eksploatacji przed momentem obniżenia się zwierciadła wody w zbiorniku d) W przypadkach specjalnych. Przypadki te mogą zaistnieć przy ob ciążeniach w szczególnych warunkach. A więc mogą to być przypadki uwzględniające wpływ trzęsienia ziemi, oddziaływania wstrząsów innego rodzaju (np. spowodowanego materiałami wybuchowymi), obciążeń specjalnymi urządzeniami i maszynami itp.