W pracy zajęto się oceną przydatności metod numerycznych do analizy stateczności skarp i zboczy. Przeprowadzono krytyczną ocenę stosowanych dotychczas metod analizy stateczności. Dokonano wielu porównań klasycznych metod równowagi granicznej i numerycznej metody redukcji wytrzymałości na ścinanie. Stwierdzono dużą zgodność wyników obliczeń w wypadku skarp o prostej geometrii i budowie geologicznej. Wykazano również, że klasyczna metoda redukcji wytrzymałości na ścinanie jest nieprzydatna do analizy stateczności skomplikowanych zespołów skarp, umożliwia ona bowiem tylko identyfikację jednej powierzchni poślizgu, w odniesieniu do której uzyskuje się najniższą wartość wskaźnika stateczności. Wykalibrowano modele numeryczne dotyczące wybranych przypadków skarp pod względem parametrów odkształceniowych, tak aby wartości przemieszczeń zmierzonych w terenie odpowiadały wartościom obliczonym. Po kalibracji wykonano obliczenia numeryczne, stopniowo redukując parametry wytrzymałościowe aż do osiągnięcia utraty stateczności zbocza. Pozwoliło to na określenie progowych (krytycznych) wartości przemieszczeń, będących nieuchronnym zwiastunem inicjacji procesów utraty stateczności zbocza. Opisano także nową, oryginalną metodę umożliwiającą pełną analizę stateczności zboczy – tzw. Zmodyfikowaną Metodę Redukcji Wytrzymałości na Ścinanie. W porównaniu z metodami równowagi granicznej, zmodyfikowana metoda redukcji wytrzymałości na ścinanie umożliwia uwzględnienie wielu istotnych czynników wpływających na warunki stateczności oraz eliminuje wiele wątpliwych założeń. Szczególnie dotyczy to zboczy o skomplikowanej budowie geologicznej, na których powierzchnia poślizgu zdeterminowana jest naturalnymi cechami strukturalnymi górotworu. Za pomocą tej metody wykonano wiele cykli obliczeniowych, rozwiązując liczne skomplikowane zagadnienia geotechniczne. Przedstawiono również przykłady zastosowania numerycznego modelowania trójwymiarowego do analizy stateczności skarp i zboczy. Analiza procesów osuwiskowych wykazuje bowiem, że w wielu przypadkach wyjaśnienie ich przyczyn za pomocą klasycznych obliczeń dwuwymiarowych jest niemożliwe. Konieczna jest budowa przestrzennych modeli numerycznych, które pozwalają na w miarę wierne odtworzenie budowy geologicznej i geometrii rozpatrywanego zbocza. Na przykładzie wielu analiz trójwymiarowych pokazano, że rozbieżności pomiędzy obliczeniami i metodami równowagi granicznej a metodą redukcji wytrzymałości na ścinanie są dość wyraźne. Zamieszczone w pracy wyniki badań w tej dziedzinie są bardzo obiecujące i można sądzić, że w nieodległej przyszłości modelowanie przestrzenne znajdzie powszechne zastosowanie, szczególnie w warunkach skomplikowanej budowy geologicznej i tektoniki
- Spis treści
-
Streszczenie 7
Summary 8
Spis symboli 9
1. Wprowadzenie 11
1.1. Zagrożenie osuwiskowe w górnictwie odkrywkowym 11
1.2. Analiza stateczności skarp i zboczy 16
1.3. Cel i zakres pracy 19
2. Metody analizy stateczności zboczy 21
2.1. Wprowadzenie 21
2.2. Metody Równowagi Granicznej 21
2.3. Metody numeryczne dwuwymiarowe 24
2.4. Metoda Redukcji Wytrzymałości na Ścinanie (SSR) 25
2.4.1. Zwiastuny utraty stateczności zbocza w programie Flac 29
2.4.2. Porównanie wyników analiz stateczności zboczy metodami równowagi granicznej (LEM) i redukcji wytrzymałości na ścinanie (SSR) 32
2.4.2.1. Analiza stateczności zbocza jednorodnego 32
2.4.2.2. Analiza stateczności zbocza niejednorodnego 33
2.4.2.3. Analiza stateczności zbocza o skomplikowanej budowie geologicznej 34
2.4.3. Analiza wpływu warstw słabych na stateczność zboczy 36
2.4.4. Podsumowanie 41
2.5. Wpływ gęstości siatki na wyniki obliczeń metodą redukcji wytrzymałości na ścinanie 42
2.6. Możliwości korelacji metody redukcji wytrzymałości na ścinanie z analizą przemieszczeń 46
2.7. Podsumowanie 51
3. Zmodyfikowana metoda redukcji wytrzymałości na ścinanie (MSSR) – nowe narzędzie do analizy stateczności zboczy 53
4. Przykłady zastosowania metody redukcji wytrzymałości na ścinanie (SSR) i zmodyfikowanej metody redukcji wytrzymałości na ścinanie (MSSR) w górnictwie odkrywkowym 61
4.1. Wprowadzenie 61
4.2. Analiza stateczności wybranych zboczy w BOT KWB „Turów” 61
4.2.1. Analiza stateczności zbocza północnego w rejonie zwałowiska wewnętrznego 62
4.2.2. Analiza stateczności zbocza południowo-zachodniego w rejonie zwałowiska wewnętrznego 67
4.3. Analiza stateczności wybranych zboczy w BOT KWB „Bełchatów” 72
4.3.1. Analiza stateczności zbocza w rejonie osuwiska 20S 72
4.3.2. Analiza stateczności zbocza w rejonie XVI S 75
4.3.3. Analiza stateczności zbocza w rejonie wysadu Dębiny 80
4.4. Analiza stateczności wybranych zboczy w odkrywce „Lubstów” w KWB „Konin” 84
4.5. Analiza stateczności wybranych zboczy w kopalni „Zesławice” 94
4.6. Podsumowanie 98
5. Metody przestrzennej (3D) analizy stateczności zboczy 101
5.1. Wprowadzenie 101
5.2. Wpływ warunków brzegowych na wyniki przestrzennych analiz stateczności 105
5.3. Stateczność zboczy zakrzywionych 107
5.4. Rozbieżności w wynikach analiz stateczności zboczy w 2D i 3D z zastosowaniem SSR 115
5.5. Analiza wpływu kąta dylatancji na utratę stateczności zboczy 120
5.6. Omówienie i krytyczna analiza wybranych prac poświęconych trójwymiarowym analizom stateczności zboczy 122
5.7. Podsumowanie 138
6. Wnioski i uwagi końcowe 140
Literatura 144