OGÓLNE WARUNKI STATECZNOŚCI

(RÓWNANIE STATECZNIŚCI)

Jak wykazują doświadczenia, przy dostatecznie dużych wymuszonych odkształ­ceniach dochodzi do wyczerpania wytrzymałości materiału tworzącego skarpę. Wobec faktu, że poszczególne obszary elementarne gruntu, czy skały mają różną wytrzymałość, należy przypuszczać ,że w strefach mak­symalnych odkształceń "najsłabsze" obszary elementarne przejdą w stan wyczerpania wytrzymałości równowagi granicznej, a gdy wy­muszenie będzie dalej trwało wytrzymałość ich będzie maleć. W konse­kwencji sąsiadujące z nimi obszary, w których nie nastąpił jeszcze spa­dek wytrzymałości, będą musiały przejąć dodatkowe obciążenia i same mogą znaleźć się w stanie równowagi granicznej. Doprowadzi to do ukształtowania się strefy o obniżonej wytrzymałości. Dal­szy rozwój tej strefy może spowodować oddzielenie części masywu skar­py wzdłuż powierzchni, nazywanej powierzchnią poślizgu, i utworzenie się osuwiska . Fazę rozwoju strefy o obniżonej wytrzy­małości nazywamy fazą przygotowawczą osuwiska, prędkości jej prze­mieszczeń i odkształceń są nieznaczne. Wystąpienie monofonicznego przyspieszenia prędkości przemieszczeń powierzchni wskazuje na postę­pujący rozwój strefy o obniżonej wytrzymałości i oznacza przejście do drugiej fazy procesu osuwiskowego, którą nazwiemy fazą ruchów sygnal­nych lub poprzedzających. Po utworzeniu się powierzchni poślizgu wy­stępuje faza ruchów katastrofalnych, w której prędkość ruchu może osiągnąć wartości rzędu metrów na sekundę.

Zgodnie z danymi doświadczalnymi wartości przemieszczeń za­leżą od właściwości mechanicznych materiału tworzącego skarpę ,kąta na­chylenia skarpy a oraz jej wysokości h.

W schematach obliczeniowych zadań stateczności przyjmuje się płaski stan odkształcenia i rozważa jedynie wycinek obiektu o jednakowej grubości. Stateczność mas ziemnych ograniczonych skarpą, możliwa jest dzięki wytrzymałości gruntu. Z chwilą przekroczenia jej w pewnym obszarze może dojść do przemieszczenia mas ziemnych po powierzchni, zwanej powierzchnią poślizgu. Grunt ulegający przemieszczeniu nazywamy klinem odłamu.

Stateczność skarpy będzie zależało od właściwości fizycznych gruntu oraz od obciążeń występujących w obiekcie.

Na obciążenia składa się:

- ciężar własny gruntu,

- obciążenia powodowane na naziomie,

- obciążenia wywołane obecnością wody w gruncie,

Metody określania stateczności skarp można podzielić na dwie głów­ne grupy:

a) analizujące możliwość wystąpienia staną granicznego jedynie potencjalnej powierzchni poślizgu,

b) zakładające powstanie stanu granicznego w całym klinie odłamu

W pierwszej grupie rozwiązań istnieje wiele metod obliczeniowych różniących się między sobą czy to przyjęciem powierzchni poślizgu, czy też określeniem rozkładu naprężeń wzdłuż tej powierzchni. W metodach tych zazwyczaj jest wykorzystywany i sprawdzany jedynie jeden z warunków równowagi, t j. warunek dla rzutów sił na przyjęty kierunek bądź warunek równowagi momentów. Może zatem powstać sytuacja, że pozosta­łe równania równowagi nie są spełnione. Istnieją również propozycje bardziej dokładnego oszacowania stanu naprężenia na powierzchni po­ślizgu, jednak zawsze jest to związane z przyjęciem hipotez co do rozkładu sił wewnętrznych w klinie odłamu, ponieważ zadanie jest statycznie niewyznaczalne. Trafność postawionej hipotezy ma bezpośredni wpływ na wynik przeprowadzonej analizy stateczności. Współczynnik, który wpro­wadza się jako miernik stateczności, jest nazywany wskaźnikiem stateczności. Charakteryzuje on stosunek sił bądź momentów biernych, wynikających z wytrzymałości gruntu, do sił czynnych dążących do zaburzenia równowagi.

Często dla projektowanego obiektu ustala się z góry określony "zapas bezpieczeństwa", który w analizie stateczności jest ujęty w po­staci tzw. współczynnika stateczności (bezpieczeństwa).

Drugi sposób oceny stateczności jest oparty na teorii stanów gra­nicznych i znany jest pod nazwą teorii Sokołowskiego. Fizyczna inter­pretacja rozwiązania, to przyjęcie dla gruntu modelu ciała plastycz­nego i oszacowanie statycznie dopuszczalnego układu sił. Ponieważ jak sama nazwa wskazuje, obliczenia dotyczą stanu granicznego, zatem wskaż-

nik. stateczności przyjmuje wartość 1. Niezbędny zapas bezpieczeństwa można uzyskać zmniejszając odpowiednio obliczeniowe wartości parame­trów wytrzymałościowych.

Na zakończenie należy zwrócić uwagę na to, że w rozwiązaniach za­dań ze stateczności nie wykorzystuje ale modelu ciała sprężystego, jeżeli w obliczeniach nie został wprowadzony współczynnik bezpieczeń­stwa co najmniej 2, ponieważ rzeczywisty przebieg pracy gruntu w tych warunkach różni się od zakładanego w modelu. Model ten bywa natomiast wykorzystywany do studiów dotyczących oceny rozkładu naprężeń całko­witych i oszacowania wartości ciśnienia porowego.

Kształt i przebieg powierzchni poślizgu jest ustalony na podsta­wie zdobytego doświadczenia na dotychczasowych osuwiskach, wymaga to zazwyczaj wykonania kilku obliczeń pozwalających na ustalenie najnie­korzystniejszego przypadku. Za powierzchnie poślizgu przyjmowane są powierzchnie o śladach w przekroju poprzecznym w postaci: wycinka okręgu, spirali logarytmicz­nej, cykloidy itp., lub jest to linia łamana, jeżeli grunt jest nie­jednorodny, zbudowany z warstw o różnych właściwościach wytrzymałoś­ciowych. Przebieg linii poślizgu jest bezpośrednio zwią­zany z budową geologiczną i wiarygodna ocena stateczności będzie możliwa jedynie wówczas, gdy uwzględni się budowę geologiczną rejonu zbo­cza czy skarpy.

Badając stateczność należy klin odłamu podzielić na kilka pasków lub niekiedy większych brył, dla których wyznacza się siły powodujące zsuw - czynne, występujące w płaszczyźnie poślizgu oraz siły przeciwstawiające się temu - bierne.

Etapy formowania się osuwiska :

1. etap - formowanie się powierzchni poślizgu i klina odłamu

2. etap - ruch osuwiskowy, przemieszczanie mas po powierzchni poślizgu

Osuwisko jest to rozwijające się w czasie proces. Obejmuje ono całe zbocze, proces rozwoju trwa całe miesiące lub lata.

POWIERZCHNIA POŚLIZGU

Na powierzchni poślizgu spełniony jest warunek :

- naprężenia ścinające

- opór ścinania

Wskaźnik określający powierzchnię poślizgu (wskaźnik stateczności):

Potencjalna powierzchnia poślizgu to taka, dla której

F = minimum

minimum

Masyw górotworu mogą przenikać różne powierzchnie. Potencjalna powierzchnia poślizgu to ta której wartość wskaźnika stateczności jest najniższa. Powierzchnia, wzdłuż której jest najbardziej prawdopodobne, że w przypadku naruszenia pierwotnego stanu naprężeń może nastąpić ruch osuwiskowy.

---