STATECZNOŚĆ

1.Metody uzyskiwania parametrów geotechnicznych.

2. Metoda Szwedzka

3. Metoda Bischopa (uproszczona), Różnice.

4. Metody przyjmujące poślizg wzdłuż dowolnych powierzchni poślizgu.

5. Metoda Janbu

6. Metoda graficzna.

7. Metoda dużych brył.

8. Metoda uogólnionych powierzchni.

9. Porównanie metod sprawdzania stateczności.

10. Analiza stateczności nasypu ze względu na sposób realizacji obciążenia

11. Obciążenia uwzględniane w obliczeniach stateczności

12. Analiza stateczności na podstawie znajomości stanu naprężenia w korpusie nasypu i podłoża.

13. Metody sprawdzania stateczności nasypów zmiennych.

14. Ocena stateczności

15. Zastosowanie obliczeń stateczności

16. Schemat obliczeniowy podłoża.

17. Parametr gruntowy

18. Warstwa geologiczna

19. Warstwa gruntowa

20. Warstwa geotechniczna

21. Parametry gruntu do obliczeń stateczności

1. Metody uzyskiwania parametrów geotechnicznych. Metoda A - polega na bezpośrednim wyznaczeniu wartości parametrów na podstawie polowych i laboratoryjnych badań gruntu. Do oceny jednorodności gruntu i jego uogólnionych wartości charakterystycznych wykorzystuje się metody statystyczne. Wartości obliczeniowe parametru geotechnicznego wyznacza się ze wzoru: x^{( r )} = γ_mx⁽ⁿ⁾ przy czym nie należy stosować wartości γm bliższych jedności niż 0.9 i 1.1. Metoda B - polega na oznaczeniu metodą A parametrów wiodących (dla gruntów spoistych wilgotności w_n, gruntów niespoistych stopnia zagęszczenia I_D lub gęstości ρ), pozwalających wyznaczyć na ich podstawie pozostałe niezbędne parametry wykorzystując zależności korelacyjne między nimi, podanych w normach lub ustalonych doświadczalnie. Metoda C - jest analogiczna do metody B, z tym, że przyjmuje się parametry określone na podstawie praktycznych doświadczeń uzyskanych na podobnych terenach i dla podobnych konstrukcji.

2. Metoda Szwedzka polega na zrównoważeniu momentów sił względem środka cylindrycznej (kołowej) powierzchni poślizgu przy uwzględnianiu współczynnika pewności. Siła normalna na powierzchni poślizgu, pod danym paskiem zależy tylko od ciężaru gruntu i obciążeń naziomu. Pomija się natomiast oddziaływania sąsiednich pasków. Założenie: Wytrzymałość gruntu na ścinanie wzdłuż powierzchni poślizgu zależy od naprężeń normalnych na tej powierzchni, będących następstwem działania ciężaru wolnego paska. Zakłada się również, że poślizg nastąpi wzdłuż powierzchni cylindrycznej. Współczynnik pewności wyrażą się stosunkiem momentów utrzymujących do momentów zsuwających względem środka obrotu powierzchni poślizgu. 1. W warunkach naprężeń efektywnych przy uwzględnieniu ciśnienia wody porach

2. W warunkach naprężeń efektywnych przy uwzględnieniu wyporu i siły filtracji:

3. W warunkach naprężeń całkowitych:

sinα=0,1m-0,05 ; L=b/cosα ; c'=(c₁l₁+c₂l₂)/l ; tgφ=(tgφ₁l₁+tgφ₂l₂)/l ; u=γ_wh_w

3. Metoda Bischopa (uproszczona). Założenie Siły oddziaływania między paskami przyjmują poziomy kierunek i poślizg nastąpi wzdłuż powierzchni cylindrycznej. Współczynnik pewności oblicza się według jednej z dwu zależności: 1. W warunkach naprężeń efektywnych:

2. W warunkach naprężeń całkowitych

Różnica polega na sposobie określania reakcji w podstawie poszczególnych pasków. W metodzie szwedzkiej reakcje wyznacza się na podstawie ciężaru paska, a w metodzie Bishopa uwzględnia się dodatkowo boczne oddziaływanie sąsiednich pasków.

4. Metody przyjmujące poślizg wzdłuż dowolnych powierzchni poślizgu. Metoda: Janbu, graficzna, dużych brył, uogólnionych powierzchni Morgensterna i Price'a. Metody sprawdzania stateczności przy poślizgu wzdłuż powierzchni o dowolnym kształcie polegają na porównaniu sumy sił oporu na ścinanie i sił powodujących zsuw, obliczonych dla każdego elementu.

5. Metoda Janbu. Założenie: uwzględnienie obu składowych sił wzajemnego oddziaływania pasków

przyjęcie położenia linii ciśnień, wyznaczającej punkty oddziaływania tych składowych na granicy między paskami.

6. Metoda graficzna. Założenie: kierunek oddziaływania sąsiednich pasków jest równoległy do skarpy;

kształt powierzchni poślizgu może być dowolny nie wyłączając powierzchni cylindrycznych i płaszczyzn. Stan równowagi granicznej osiągany jest przez podzielenie wytrzymałości na ścinanie przez współczynnik pewności, w celu uzyskania jej rzeczywistej wartości w momencie poślizgu.

7. Metoda dużych brył. Założenie: powierzchnia poślizgu składa się z dwóch lub trzech przecinających się płaszczyzn siły wzajemnego odkształcania brył A i B są równoległe do skarpy, a brył B i C poziome.

8. Metoda uogólnionych powierzchni. Założenia: analiza równowagi wyciętego paska z całej bryły poślizgu nieskończenie małe szerokości pasków dx warunki równowagi ujęte są w postaci równań różniczkowych. Obliczenie współczynnika pewności jest skomplikowane i możliwe przy użyciu komputerów.

9. Porównanie metod sprawdzania stateczności. 1. najbardziej prawdopodobne są wyniki uzyskiwane na podstawie metod dokładnych np. metody Morgensterna i Price`a lub metody Bishopa. Ich stosowanie jest utrudnione ze względu na skomplikowane obliczenia. 2. wartości współczynników pewności otrzymywane z metod uwzględniających w sposób przybliżony działanie sił wewnętrznych są do siebie zbliżone (metoda Bishopa, graficzna, dużych brył ). Dają one wyniki dostatecznie dokładne i niewiele się różniące od wyników i uzyskiwanych w metodach dokładnych, szczególnie przy płaskich powierzchniach poślizgu. 3. metoda graficzna daje wyniki najbardziej zbliżone do wyników metod dokładnych poza tym jest prosta i szybka w stosowaniu. 4. metoda Bishopa charakteryzuje się prostym przebiegiem obliczeń, zbieżność iteracji bardzo szybka, krótki czas obliczeń. 5. metoda dużych brył charakteryzuje się uproszczonym kształtem powierzchni poślizgu a uzyskiwane wyniki nie odbiegają od wymienionych metod. Zaletą jest szybkie uzyskiwanie rozwiązania, co skłania do stosowania jej we wstępnych obliczeniach. 6. w metodzie szwedzkiej uzyskiwane wyniki są bezpieczniejsze od wyżej wymienionych, jednak odbiegają w różny sposób od wartości współczynnika pewności uzyskiwanego z metod dokładnych.

10. Analiza stateczności nasypu ze względu na sposób realizacji obciążenia obejmuje: 1. Obciążanie w jednym etapie - początkowa wytrzymałość na ścinanie podłoża organicznego jest wystarczająca, aby bezpiecznie przenieść pełne obciążenie nasypu, 2. Obciążanie w wielu etapach - do zaprojektowania bezpiecznego przebiegu realizacji poszczególnych etapów wymagana jest prognoza wzrostu wytrzymałości na ścinanie.

29. Rodzaje analizy stateczności ze względu na sposób uwzględniania wytrzymałości na ścinanie

oraz sposób obliczania współczynnika stateczności: 1. W naprężeniach całkowitych: zakłada się, iż zmiana obciążenia w rozpatrywanym etapie przebiega w warunkach bez odpływu, 2. opiera się na efektywnych parametrach wytrzymałościowych, przy czym warunki odpływu modelowane są za pomocą wartości ciśnienia wody w porach, przyjmowanych w obliczeniach.

11. Obciążenia uwzględniane w obliczeniach stateczności. 1.ciężar gruntu w korpusie nasypu, wykopu, zbocza

2. ciężar gruntu w podłożu, 3. obciążenie nazizmu, 4.obciążenie wywołane wodą filtrującą przez korpus nasypu, wykopu, podłoża, 5. ciśnienie wody w porach, 6. bezpośrednie parcie wody na elementy uszczelniające nasypu piętrzącego, 7. inne obciążenia.

12. Analiza stateczności na podstawie znajomości stanu naprężenia w korpusie nasypu i podłoża.

1. trudności w określeniu w prosty sposób i z dostateczną dokładnością rozkładu naprężeń w nasypach. 2. brak jednoznacznej oceny zagrożenia stateczności wynikającej z przekroczenia wytrzymałości gruntu w pewnej części podłoża. 3. zastrzeżenia do stosowania teorii sprężystości do wyznaczania naprężeń w gruntach niejednorodnych. 4. trudności z uwzględnieniem współpracy korpusu nasypu z podłożem.

13. Metody sprawdzania stateczności nasypów zmiennych. 1. Metody polegające na analizie równowagi na poślizg pewnego wycinka przekroju poprzecznego nasypu o szerokości jednostkowej (1 m), obejmującego tylko korpus nasypu lub też korpus łącznie z podłożem 2. Metody polegające na porównaniu naprężeń występujących w korpusie i podłożu nasypu z granicznymi wytrzymałościami gruntu na ścinanie. 3. Metody stosowane w specjalnych przypadkach, np. w przypadku podwyższenia nasypu.

14. Ocena stateczności. W fazie projektowania nasypu na gruntach organicznych jednym z podstawowych problemów obliczeniowych jest ocena stateczności. Analizę stateczności przeprowadza się dla charakterystycznych układów obciążenia, odpowiadających rożnym fazom wykonania i eksploatacji nasypu.

15. Zastosowanie obliczeń stateczności. Najczęściej sprawdzamy stateczność: w momencie bezpośrednio po zakończeniu budowy (przypadek budowlany) w trakcie eksploatacji, gdy budowa znajduje się
w warunkach normalnego użytkowania (przypadek eksploatacyjny) dla potrzeb specjalnych, gdy budowla podlega specjalnym układom sił innym niż w normalnych warunkach eksploatacyjnych (przypadek specjalny).

16. Schemat obliczeniowy podłoża. Sporządzenie dokumentacji geologiczno-inżynierskiej Współczynnik materiałowy γ_m - niezbędny dla prawidłowego wydzielenia warstw geotechnicznych oraz prawidłowego ustalenia obliczeniowych parametrów geotechnicznych. x_i -wyniki oznaczania danej cechy; x⁽ⁿ⁾ - wartość charakterystyczna parametru, N - liczba oznaczeń

Jeżeli współczynnik ten wynosi w warstwie geotechnicznej więcej niż γ_m = 1.25 lub mniej niż 0.80, to należy przeprowadzić analizę przestrzenną zmienności wyników badań w celu wydzielenia dodatkowych warstw geotechnicznych.

17. Parametr gruntowy - jest to wielkość, która charakteryzuje cechę (własność) gruntu i jego zachowanie się w przypadku działania w przeszłości, teraźniejszości i w przyszłości określonych czynników zewnętrznych i wewnętrznych (obciążenie, uwilgotnienie itp.) uwzględniające charakterystykę geologiczno-inżynierską (wartość charakterystyczna parametru). Obliczenia wartości parametru - określana jest przez przemnożenie wartości charakterystycznej parametru przez odpowiedni współczynnik uwzględniający zmienność gruntu, błąd pomiaru oraz czynniki charakteryzujące obiekt budowlany.

18. Warstwa geologiczna - jest to jednostka strukturalna mająca wspólną genezę; przy jej wyodrębnianiu stosuje się kryteria geologiczne jak np.: litologię, genezę, itp.

19. Warstwa gruntowa - jest jednostką strukturalną złożoną z jednakowego gruntu.

20. Warstwa geotechniczna - jest to warstwa gruntowa o zbliżonych (jednorodnych) właściwościach technicznych.

21. Parametry gruntu do obliczeń stateczności. Wytrzymałość na ścinanie gruntu, stanowiąca siłę utrzymującą w gruncie,

τ_c - wytrzymałość na ścinanie gruntu wyznaczona na podstawie naprężeń całkowitych

τ_ef - wytrzymałość na ścinanie gruntu wyznaczona na podstawie naprężeń efektywnych

σ - całkowite naprężenie normalne

σ' - efektywne naprężenie normalne

u - ciśnienie wody w porach

φ_u - kąt tarcia wewnętrznego

φ - efektywny kąt tarcia wewnętrznego

c' - spójność efektywna

c_u - spójność efektywna

22. Współczynnik pewności. Ocena stateczności

skarp, podłoża budowli ziemnych może być

przeprowadzona na podstawie następujących zasad:

1. Wyznacza się globalny współczynnik pewności dla całej bryły ulegającej zsuwowi bez względu na stan równowagi jej poszczególnych elementów.

S - siły powodujące zsuw

T - siła wytrzymałości na ścinanie

l - długość podstawy poszczególnych elementów bryły

2. Zakłada się istnienie stanu równowagi granicznej, gdy układ znajduje się na granicy utraty stateczności, co

pozwala na wystąpienie w pełni sił tarcia i nośności.

T - graniczna wytrzymałość na ścinanie

F_g - współczynnik pewności

3. Wprowadza się dodatkowe współczynniki cząstkowe do pewnych czynników mających wpływ na stateczność

skarpy, jak np.: do parametrów wytrzymałościowych i ciężaru gruntu, ciśnienia wody w porach, metod

obliczeniowych itp.

F - dodatkowy współczynnik pewności

F₀',..., F₀” - współczynnik pewności odnoszące się do metod obliczeniowych, jakości wykonania itp.

F'_g, F”_g - współczynniki pewności parametrów wytrzymałościowych gruntu

---