Pomiary geotechniczne w kontroli.pdf

geotechnika

Pomiary geotechniczne w kontroli

stateczności zboczy

1. Wprowadzenie

Zagadnienia związane z oceną stateczności zboczy należą do

stosunkowo trudnych zadań inżynierskich z uwagi na zagro-

żenia mogące powstać w wyniku niewłaściwej oceny sytuacji

(np. wystąpienie niekontrolowanych osuwisk). Stąd w nowo-

czesnych metodach projektowych jak również kontrolnych

coraz większą wagę przypisuje się pomiarom geotechnicznym.

Pomiary te pozwalają na prowadzenie obserwacji procesów

zachodzących w masywie skalnym bezpośrednio w miejscu ich

powstania. Wyniki prowadzonego monitoringu pozwalają na

kontrolę zjawisk i dają podstawę do weryfikacji założeń projek-

towych oraz do podejmowania działań zabezpieczających lub

ograniczających negatywne skutki wystąpienia zagrożeń.

Zagadnienia stateczności zboczy mają istotne znaczenie

w procesie prowadzenia eksploatacji złóż metodą odkrywkową,

użytkowaniu obiektów hydrotechnicznych czy innych obiektów

inżynierskich zlokalizowanych w rejonach predysponowanych

osuwiskowo, gdzie skomplikowana budowa geologiczna oraz

czynniki zewnętrzne mogą spowodować zagrożenia o skutkach

trudnych do przewidzenia.

Prezentowany referat ma na celu przybliżenie tematyki po-

miarów geotechnicznych realizowanych w warunkach „in situ”

oraz wykazanie celowości ich prowadzenia. Autorzy bazują

na dotychczasowych doświadczeniach OBR BG „BUDOKOP”

uzyskanych w czasie prowadzenia prac badawczych dla KWB

„Bełchatów oraz wynikach badań własnych.

pokład węgla i skały podłoża mezozoicznego – margle). Do

pomiaru ciśnień w górotworze zastosowano trzyczujnikowe

sondy otworowe Glötzl typu EBKO 10/20 K50/3V DKV. Poje-

dynczy czujnik stanowi tzw. poduszka hydrauliczna w kształcie

prostokąta. Każdy z czujników jest odpowiednio zorientowany

względem osi pionowej. Dla warunków KWB „Bełchatów” son-

dy w otworze badawczym zabudowano w sposób pozwalający

na prowadzenie pomiarów w kierunku prostopadłym do zbocza

południowego.

Pomiary przemieszczeń wgłębnych prowadzone są w otwo-

rach badawczych zlokalizowanych na poziomach górniczych

oraz na koronie odkrywki. Głębokość otworów dostosowana

jest do lokalnych warunków geologicznych i obejmuje przedział

głębokości 30-100 m. Realizuje się je w otworach badawczych

wyposażonych w kolumny rur inklinometrycznych o odpowied-

nim profilu pozwalającym na zorientowane prowadzenie sondy

pomiarowej we wzajemnie prostopadłych osiach pomiarowych

A i B. Wyniki odczytywane są w interwale co 0.5 m. Dodatkowo

OBR BG „BUDOKOP” prowadzi pomiary kąta skręcenia kolum-

ny inklinometrycznej.

Każdy z otworów inklinometrycznych wyposażony został w

głowicę o odpowiedniej konstrukcji (fot. 1a), stanowiącej jedno-

cześnie zabezpieczenie na czas przerwy pomiędzy pomiarami.

Otwory badawcze pomiaru ciśnień wyposażone są w skrzynki

połączeniowe, w których dokonuje się odczytu wskazań czuj-

ników. Skrzynki te na czas przerwy pomiędzy pomiarami są

dodatkowo zabezpieczane osłoną (fot.2).

2. Zakres prowadzonych

pomiarów geotechnicznych

Pomiary geotechniczne realizowane przez OBR BG „BU-

DOKOP” na obszarze KWB „Bełchatów” obejmują pomiary

przemieszczeń wgłębnych (inklinometry) oraz pomiary

ciśnień (sondy otworowe). Monitoring prowadzony jest

w związku z eksploatacją złoża węgla, dla kontroli statecz-

ności zboczy stałych odkrywki oraz dla określenia wpływu

prowadzonej eksploatacji na zmienność parametrów góro-

tworu.

4. Przykładowe wyniki pomiarów

Zrealizowane dotychczas prace badawcze w zakresie pomia-

rów ciśnień pozwoliły na uzyskanie wstępnych informacji o

wpływie prowadzonej eksploatacji na zmianę rozkładu ciśnień

w górotworze. Z kolei wyniki pomiarów inklinometrycznych

dostarczają informacji o przebiegu deformacji w górotworze,

pozwalając na określenie wielkości i kierunków przemieszczeń.

Przebieg procesu odtwarzania i stabilizowania się naprężeń

w górotworze oraz reakcje wywołane prowadzoną eksploatacją

górniczą wyraźnie widoczne są w wynikach uzyskanych dla

warstwy iłów, co ilustruje rys.1. Prezentowane wyniki pomiarów

obejmują okres ok. 3 lat, a badania realizowane były w warun-

kach stabilnej sytuacji górniczej oraz w czasie prowadzenia prac

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

prac związanych z wybieraniem kolejnych

3. Stanowiska badawcze i przyrządy pomiarowe

Badania rozkładu ciśnień (naprężeń) prowadzone są

w dwóch stanowiskach badawczych w trzech kompleksach

geologicznych (przekonsolidowane iły trzeciorzędowe, główny

Fot. 1. Widok stanowisk badawczych

Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02)

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 dostarczają

informacji o wielkościach oraz kierunkach

przemieszczeń poziomych w przedziale

głębokości objętym pomiarami. Rodzaj

powstających deformacji ma zróżnicowany

przebieg, są przypadki kiedy deformacja

występuje na określonej głębokości (rys.2)

lub deformacjom podlega cały badany od-

cinek (rys.3). W związku z tym dla właści-

wej oceny sytuacji uzyskane wyniki należy

powiązać z lokalizacją punktów badawczych, lokalną sytuacją

geologiczno – górniczą, zasięgiem głębokościowym objętym

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) osiągają 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-

mieszczenia skierowane są w stronę prowadzonej eksploatacji

górniczej.

Zaprezentowane wyniki pomiarów stanowią jedynie przykład

ilustrujący procesy deformacyjne zachodzące w górotworze,

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

skręcenia kolumny inklinometrycznej nawet do 90°, co wobec

braku takich danych powoduje błędną interpretację uzyska-

nych wyników.

Rys. 1. Obraz rozkładu ciśnień w warstwie iłu – KWB „Bełchatów”

WSW ENE

Odchylenie w osi A [cm]

NNW SSE

Odchylenie w osi B [cm]

Rys. 2. Obraz przemieszczeń poziomych w kierunkach osi pomiarowych

w otworze badawczym 1552B/IN-3S

NW SE

Odchylenie w osi A [cm]

NE SW

Odchylenie w osi B [cm]

Rys. 3. Obraz przemieszczeń poziomych w kierunkach osi pomiarowych

w otworze badawczym 1577B/IN-22S

28 Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02)

geotechnika

geotechnika

5. Zastosowanie wyników pomiarów

Doświadczenia OBR BG „BUDOKOP” uzyskane na obszarze

KWB „Bełchatów” potwierdzają, że wyniki uzyskane na drodze

pomiarów geotechnicznych w naturalnych warunkach górniczo-

geologicznych stanowią cenny element informacyjny zarówno

dla projektantów jak i wykonawców.

Pomiary ciśnień (naprężeń) w górotworze, w ustalonych przez

projektanta kierunkach, pozwalają określić przebieg ich zmian w

wyniku prowadzonej eksploatacji dla różnych kompleksów lito-

logicznych. Z kolei pomiary przemieszczeń w powiązaniu z po-

miarem kąta skręcenia kolumny inklinometrycznej pozwalają na

określenie rzeczywistych kierunków przemieszczeń w strefie

objętej badaniami. Ponadto dostarczają informacji o miejscach

występowania potencjalnych płaszczyzn poślizgu.

Ponieważ numeryczne modelowanie zjawisk geomechanicznych

związanych z prowadzoną eksploatacją obciążone jest błędem

zależnym od dokładności przyjmowanych do obliczeń danych

charakteryzujących ośrodek, wskazana jest weryfikacja wyników

poprzez pomiary „in situ” ciśnień i przemieszczeń co umożliwia

wprowadzanie niezbędnych korekt w założeniach projektowych.

W procesie weryfikacji dokonać można:

* zmiany konturu zbocza, a przez to stworzenie korzystniej-

szych a równocześnie bezpiecznych warunków eksploatacji,

* określenia dopuszczalnych wartości przemieszczeń konturu

zbocza,

* zmian w przyjętym modelu obliczeniowym pozwalających

na opracowanie prognozy zachowania się górotworu,

* określenia zakresu monitoringu niezbędnego do kontroli

stateczności stref zagrożonych, umożliwiającego podejmowanie

ewentualnych działań zapobiegających zagrożeniom.

Metody badawcze obejmujące pomiary geotechniczne (ci-

śnień i przemieszczeń) zaprezentowane w niniejszym artykule

stanowią jeden z elementów kontroli stateczności zboczy wyko-

rzystany w warunkach kopalni odkrywkowej. Tego typu metody

badawcze sprawdzają się również w warunkach występowania

zagrożeń osuwiskowych, jednak w warunkach krajowych są

mało popularne. l

Referat został wygłoszony podczas konferencji „Budownictwo Podziemne 2003”

zorganizowanej przez Wydział Górnictwa i Geoinżynierii AGH

LITERATURA

[1] Czarbecki L, Dynowska M, Szymański J: Badania stanu naprężeń w

górotworze jako element kontroli stateczności skarp w Kopalni Węgla

Brunatnego „Bełchatów” Górnictwo Odkrywkowe Nr 4, s.13-18, 2002,

Prace niepublikowane :

[2] Badanie stanu naprężeń górotworu w rejonie 65 linii przekroju

geologicznego SN w streie zejścia do rowu II rzędu – KWB „Bełcha-

tów” – opracowanie OBR BG „BUDOKOP”, Mysłowice grudzień 2000r,

[3] System pomiarów odkształceń wgłębnych w inklinometrach

KWB „Bełchatów” – opracowanie OBR BG „BUDOKOP” , Mysłowice

listopad 2001r,

[4] Badanie stanu naprężeń górotworu in situ poduszkami Glötzla w

masywie margli kredowych KWB „Bełchatów” – opracowanie OBR BG

„BUDOKOP”, Mysłowice kwiecień 2002r,

[5] Monitoring odkształceń wgłębnych górotworu KWB „Bełchatów”

– opracowanie OBR BG „BUDOKOP” , Mysłowice styczeń 2003r.

autorzy Maria Dynowska

Roman Gruszka

Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Budownictwa

Górniczego „BUDOKOP”, Mysłowice

Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02)

geotechnika

Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Budownictwa

Górniczego „BUDOKOP”, Mysłowice

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: