ANALYSIS OF ROAD EMBANKMENT STABILITY IN THE CONDITIONS OF FLOOD WATER ATTACK ANALIZA STATECZNOSCI NASYPU DROGOWEGO W WARUNKACH ATAKU WODY POWODZIOWEJ

Podobne dokumenty
NUMERICAL WORK ESTIMATION OF RESERVOIR PLUNGED IN GROUND MEDIUM IN CRISIS CONDITIONS

Gabionowe ściany oporowe

Analiza ściany oporowej

Analiza stateczności zbocza

SAFETY FACTORS IN LIGHT RETAINING CONSTRUCTION DESIGN WSPOLCZYNNIKI BEZPIECZENSTWA W PROJEKOTWANIU LEKKICH KONSTRUKCJI OPOROWYCH

Obliczenia ściany oporowej Dane wejściowe

on behavior of flood embankments

1 Geometria skarp i zboczy

Projektowanie ściany kątowej

Awarie skarp nasypów i wykopów.

Zakres wiadomości na II sprawdzian z mechaniki gruntów:

Modyfikacja kształtu powierzchni poślizgu a stateczność zbocza w ujęciu przestrzennym

Kolokwium z mechaniki gruntów

Analiza gabionów Dane wejściowe

Projekt ciężkiego muru oporowego

Analiza ściany żelbetowej Dane wejściowe

Zasady wymiarowania nasypów ze zbrojeniem w podstawie.

TURNOUT AS SPECIFIC COMPONENT OF RAILWAY TRACK CONSTRUCTION ROZJAZDY JAKO ELEMENT SZCZEGÓLNY KONSTRUKCJI TORU KOLEJOWEGO

Analiza stateczności skarpy kotwionej poddanej działaniu wody z wykorzystaniem MES

, u. sposób wyznaczania: x r = m. x n, Zgodnie z [1] stosuje się następujące metody ustalania parametrów geotechnicznych:

DESIGN OF STRENGTHENING OF ROAD SURFACE PROJEKTOWANIE WZMOCNIEŃ NAWIERZCHNI DRÓG SAMOCHODOWYCH

Ostrożne podejście do stosowania

PROJEKT STOPY FUNDAMENTOWEJ

Drgania drogowe vs. nośność i stateczność konstrukcji.

Konstrukcje oporowe - nowoczesne rozwiązania.

W artykule przedstawiono propozycję procedury analizy stateczności skarp nasypów kolejowych podlegających takim obciążeniom.

Analiza konstrukcji ściany Dane wejściowe

Parasejsmiczne obciążenia vs. stateczność obiektów.

Załącznik D (EC 7) Przykład analitycznej metody obliczania oporu podłoża

Egzamin z MGIF, I termin, 2006 Imię i nazwisko

Analiza wpływu przypadków obciążenia śniegiem na nośność dachów płaskich z attykami

mgr Sławomir Gawałko upr. geologiczne: V-1494, VI-0396 dr inż. Jan Wencewicz Upr. bud. St-584/78 Członek MAZ/WM/1580/1 Warszawa, kwiecień 2010 r.

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie.

Wytrzymałość gruntów organicznych ściśliwych i podmokłych.

STATECZNOŚĆ SKARP I ZBOCZY W UJĘCIU EUROKODU Wprowadzenie. 2. Charakterystyka Eurokodu 7. Halina Konderla*

Stateczność lewego obwałowania nasypu przeciwpowodziowego rzeki Tyny w miejscowości Raczki Elbląskie

Analiza fundamentu na mikropalach

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

RAPORT Z BADAŃ NR LK /14/Z00NK

700 [kg/m 3 ] * 0,012 [m] = 8,4. Suma (g): 0,138 Ze względu na ciężar wykończenia obciążenie stałe powiększono o 1%:

WYZNACZANIE KSZTAŁTU PROFILU STATECZNEGO METODA MASŁOWA Fp

Stateczność zbocza skalnego ściana skalna

Obliczenia ściany kątowej Dane wejściowe

Uwagi dotyczące mechanizmu zniszczenia Grunty zagęszczone zapadają się gwałtownie po dobrze zdefiniowanych powierzchniach poślizgu według ogólnego

Analiza stateczności skarp z zastosowaniem zmodyfikowanej metody redukcji wytrzymałości na ścinanie

NIEJEDNORODNOŚĆ OŚRODKA GRUNTOWEGO W KINEMATYCZNEJ ANALIZIE STATECZNOŚCI ZBOCZY

Wyłączenie redukcji parametrów wytrzymałościowych ma zastosowanie w następujących sytuacjach:

Wały przeciwpowodziowe.

PROBLEMS OF SECURITY AT THE RAILWAY CROSSING PROBLEMY BEZPIECZEŃSTWA NA SKRZYŻOWANIACH DRÓG SAMOCHODOWYCH Z KOLEJĄ

Stateczność dna wykopu fundamentowego

Rozmieszczanie i głębokość punktów badawczych

Wykonawstwo robót fundamentowych związanych z posadowieniem fundamentów i konstrukcji drogowych z głębiej zalegającą w podłożu warstwą słabą.

Analiza wytrzymałościowa 5 rodzajów kształtowników

TRAFFIC SAFETY AT THE CROSS-ROADS AND INTERCHANGES BEZPIECZEŃSTWO RUCHU NA SKRZYŻOWANIACH I WĘZŁACH DROGOWYCH

dr inż. Ireneusz Dyka pok [ul. Heweliusza 4]

Lp Opis obciążenia Obc. char. kn/m 2 f

mr1 Klasa betonu Klasa stali Otulina [cm] 4.00 Średnica prętów zbrojeniowych ściany φ 1 [mm] 12.0 Średnica prętów zbrojeniowych podstawy φ 2

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI TRAKCYJNYCH DARNI W ZMIENNYCH WARUNKACH GRUNTOWYCH

Zadanie 2. Zadanie 4: Zadanie 5:

CZ. III - OBLICZENIA STATYCZNO WYTRZYMAŁOŚCIOWE

SECURITY INSTALLATIONS OF ROAD TRAFFIC UNDER THE MINISTRY OF INFRASTRUCTURE INSTRUCTIONS (PL)

ZARZĄDZANIE KRYZYSOWE W SAMORZĄDZIE LOKALNYMNA PRZYKŁADZIE POWIATU PIŃCZOWSKIEGO

Tok postępowania przy projektowaniu fundamentu bezpośredniego obciążonego mimośrodowo wg wytycznych PN-EN Eurokod 7

EGZAMIN Z FUNDAMENTOWANIA, Wydział BLiW IIIr.

1. Zebranie obciążeń na konstrukcję Oddziaływania wiatru. wg PN-EN Dane podstawowe:

Załącznik nr 1. 4 Założenia do analizy statycznej

Dr inż. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Katedra Hydrotechniki PG

OPTYMALIZACJA SZEROKOŚCI PASÓW OCHRONNYCH PRZY ODKRYWKOWEJ EKSPLOATACJI KOPALIN POSPOLITYCH

EFEKTYWNOŚĆ STABILIZACJI NASYPÓW DROGOWYCH LEKKIMI KONSTRUKCJAMI OPOROWYMI

Projekt głębokości wbicia ścianki szczelnej stalowej i doboru profilu stalowego typu U dla uzyskanego maksymalnego momentu zginającego

Analiza możliwości ograniczenia drgań w podłożu od pojazdów szynowych na przykładzie wybranego tunelu

Projektowanie nie kotwionej (wspornikowej) obudowy wykopu

Podłoże warstwowe z przypowierzchniową warstwą słabonośną.

Analiza stateczności stoku w Ropie

PN-B-03004:1988. Kominy murowane i żelbetowe. Obliczenia statyczne i projektowanie

Obliczanie i dobieranie ścianek szczelnych.

LOGISTICS IN CRISIS SITUATIONS AND OPERATING ACTIVITY ON THE EXAMPLE OF POLICE DEPARTMENT KALISZ CITY (PL)

Bezpieczeństwo inżynieryjnych konstrukcji oporowych w zmiennych warunkach eksploatacji

Ocena stateczności skarp i zboczy.

Stateczność zapory Czaniec przy uwzględnieniu wykonywanej przesłony antyfiltracyjnej

Mgr inż. Marta DROSIŃSKA Politechnika Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa

Wybrane zagadnienia projektowania fundamentu bezpośredniego według PN-B03020:1981

INTERAKCJA OBCIĄŻEŃ W UKŁADZIE DWÓCH SZYB O RÓŻNYCH SZTYWNOŚCIACH POŁĄCZONYCH SZCZELNĄ WARSTWĄ GAZOWĄ

DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCH W UKŁADACH ŁOPATKOWYCH CZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCH

Projektowanie kotwionej obudowy wykopu

Zapewnianie stateczności zbocza przy pomocy pali stabilizujących

UTRATA STATECZNOŚĆI SKARPY NASYPU DROGOWEGO

Mechanika i Budowa Maszyn

Pracownia specjalistyczna z Geoinżynierii. Studia stacjonarne II stopnia semestr I

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

Filtracja - zadania. Notatki w Internecie Podstawy mechaniki płynów materiały do ćwiczeń

EKSPERTYZA BUDOWLANA BUDYNKU MIESZKALNEGO-Wrocław ul. Szczytnicka 29

Analiza obudowy wykopu z pięcioma poziomami kotwienia

STANY GRANICZNE KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

PROBLEMS OF WINTER-ROADS EXPLOITATION UNDER THE POLISH DIRECTIONS

PROJEKT ARCHITEKTONICZNO-BUDOWALNY GEOTECHNICZNE WARUNKI POSADOWIENIA

1. ZADANIA Z CECH FIZYCZNYCH GRUNTÓW

1. Zebranie obciążeń na konstrukcję Oddziaływania wiatru. Wg PN-EN Dane podstawowe:

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki PROBLEMY ZWIĄZANE Z OCENĄ STANU TECHNICZNEGO PRZEWODÓW STALOWYCH WYSOKICH KOMINÓW ŻELBETOWYCH

Transkrypt:

15. medzinárodná vedecká konferencia Riešenie krízových situácií v špecifickom prostredí, Fakulta špeciálneho inžinierstva ŽU, Žilina, 2. - 3. jún 2010 ANALYSIS OF ROAD EMBANKMENT STABILITY IN THE CONDITIONS OF FLOOD WATER ATTACK ANALIZA STATECZNOSCI NASYPU DROGOWEGO W WARUNKACH ATAKU WODY POWODZIOWEJ Wojciech Kozłowski * ABSTRACT The object of the article is the embankment, located at the road, in the area of flood danger. For the calculation scheme an analysis of fluctuation of values of stability factors was prepared. Following loads were examined: specific weight and exploitation load and also load from daming up water. Using the Fellenius and Bishop method the values of stability factor in function of daming up water height were estimated. Key words: road embankment, flood water, stability 1. WPROWADZENIE Rozpatrywany jest nasyp komunikacyjny klasyczny o przyjętym schemacie obliczeniowym. Nie zastosowano wzmocnień nasypu w korpusie oraz w skarpach. Przedstawiono wybrane elementy analizy stateczności nasypu, biorąc pod uwagę wpływ obciążenia ciężarem własnym i obciążenia eksploatacyjnego, równomiernie rozłożonego na koronie o zmiennej intensywności. Rozpatrywane są także warunki zagrożenia powodzią, czyli uwzględnia się wpływ jednostronnego piętrzenia wody i dodatkowe podtopienie wodą skarpy z przeciwnej strony. Obliczenia i analizę zmian wartości współczynnika stateczności wykonano metodą Felleniusa i Bishopa [1]. Stosowano autorskie oprogramowanie [1, 2]: program SZMFiB-Stateczność zboczy metodą Felleniusa i Bishopa oraz program FILTR-Filtracja ustalona w nasypach ziemnych piętrzących wodę. Schematem obliczeniowym jest nasyp jednorodny, zlokalizowany na podłożu odkształcalnym o takich parametrach jak nasyp []. Wysokość nasypu wynosi H = 5 m, * dr inż. Wojciech Kozłowski: Opole University of Technology, Department of Roads and Bridges, ul. Ozims ka 75A, 45 368 Opole, e-mail: w.kozlowski@po.opole.pl 417

nachylenie skarp 1:1,5; ciężar objętościowy gruntu γ = 17,0 kn/m 3. Cechy geometryczne obiektu i efektywne parametry wytrzymałościowe podano na rysunku 2. 2. WPŁYW OBCIĄŻENIA NASYPU W przypadku obciążenia ciężarem własnym, po wykonaniu analizy stanu naprężeń, stwierdzono przewagę naprężeń utrzymujących skarpę w równowadze nad wartością naprężeń naruszających równowagę. Następnie określono wpływ wartości równomiernie rozłożonego statycznego obciążenia, na przebieg powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności oraz na wartość tego współczynnika. Przyjęto obciążenie w zakresie q = 25 kpa-200 kpa, natomiast interwał zmienności q = 25 kpa. Szczegóły wyników obliczeń znajdują się w opracowaniu []. Zmienność współczynnika stateczności w funkcji intensywności obciążenia ilustruje rys. 1. Obciążenie powyżej 100 kpa powoduje naruszenie warunków równowagi, więc skarpa nasypu jest niestateczna. Na rysunku 2 przedstawiono krzywe odwzorowujące potencjalne powierzchnie poślizgu wyznaczone obiema metodami. Powierzchnie otrzymane metodą Felleniusa wykazują przebieg głębszy, czyli charakteryzują się bardziej wydatną krzywizną. Wpływ obciążenia na wartość współczynnika stateczności skarpy nasypu 2.25 Współczynnik stateczności (F) 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Obciążenie (q [kpa]) FF FB Rys. 1. Zmienność współczynnika stateczności w funkcji intensywności obciążenia zlokalizowanego na koronie nasypu: FF-metoda Felleniusa; FB-metoda Bishopa 418

Rys. 2. Przebieg potencjalnych powierzchni poślizgu wyznaczonych metodą Felleniusa i Bishopa 3. WPŁYW PIĘTRZENIA WODY Przepływ wody przez korpus nasypu, wywołany stanem piętrzenia, powoduje obciążenie w postaci sił hydrodynamicznych. Wartości tych sił zależą od różnicy potencjałów w poszczególnych punktach obszaru filtracji. W obu sygnalizowanych powyżej metodach obliczeń jest możliwe uwzględnienie wpływu filtracji na wartość sił utrzymujących i naruszających równowagę. Analizę wpływu piętrzenia wody na stateczność skarpy nasypu wykonano przyjmując poziom piętrzenia na wysokościach: 0,25H; 0,5H; 0,75H oraz 1,0H (H jest wysokością nasypu). W pierwszej kolejności wyznaczono położenie swobodnego zwierciadła wody w nasypie, przy założonych poziomach piętrzenia. Obliczenia wykonano przy użyciu programu numerycznego FILTR [2], opartego na zasadach metody elementów skończonych. Otrzymane rezultaty przy danym poziomie piętrzenia przedstawiono w publikacji [], w postaci rozkładu prędkości i siatki hydrodynamicznej. W opracowaniu [] zaprezentowano także dyskretyzację obszaru filtracji przy różnych poziomach piętrzenia. W dalszej kolejności oszacowano przebieg powierzchni poślizgu o najmniejszej wartości współczynnika stateczności przy zadanych poziomach piętrzenia wody. Zmienność współczynnika stateczności o minimalnej wartości, w zależności od poziomu piętrzenia wody pokazano na rysunku 3. Natomiast parametry wyznaczonych powierzchni zestawiono w tablicach 1 i 2. Przebieg wszystkich wyznaczonych powierzchni poślizgu jako wynik końcowy ilustruje rys. 4. Powierzchnie poślizgu wyznaczone metodą Felleniusa sięgają głębiej w podłoże i mają szerszy zasięg. Spełniony jest wymagany warunek stateczności. 419

Tablica 1. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Felleniusa, dla skarpy nasypu piętrzącego wodę Poziom piętrzenia wody Hw/Hn Współczynnik stateczności FF Współrzędne punktów charakterystycznych kołowych powierzchni poślizgu Początek Koniec Środek Xp[m] Yp[m] Xk[m] Yk[m] Xo[m] Yo[m] Promień powierzchni poślizgu R [m] 0.00 2.001 11.0 10.0 21.4 5.0 18.131 11.526 7.290 0.25 1.950 11.0 10.0 21.6 5.0 18.002 11.119 7.090 0.50 1.861 11.0 10.0 21.6 5.0 17.939 10.985 7.007 0.75 1.729 11.1 10.0 21.4 5.0 17.867 10.841 6.818 1.00 1.564 10.9 10.0 20.9 5.0 17.823 11.356 7.052 Tablica 2. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Bishopa, dla skarpy nasypu piętrzącego wodę Poziom piętrzenia wody Hw/Hn Współczynnik stateczności FB Współrzędne punktów charakterystycznych kołowych powierzchni poślizgu Początek Koniec Środek Xp[m] Yp[m] Xk[m] Yk[m] Xo[m] Yo[m] Promień powierzchni poślizgu R [m] 0.00 2.125 11.0 10.0 20.1 5.0 18.964 13.724 8.787 0.25 2.099 11.0 10.0 20.1 5.0 18.614 13.086 8.212 0.50 2.016 11.0 10.0 20.1 5.0 18.306 12.526 7.727 0.75 1.849 11.0 10.0 20.1 5.0 18.120 12.187 7.445 1.00 1.605 10.9 10.0 20.1 5.0 18.137 12.361 7.609 Wpływ wysokości piętrzenia wody na wartość współczynnika stateczności skarpy nasypu 2.5 Współczynnik stateczności (F) 2 1.5 1 0.5 FF FB 0 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 Bezwymiarowy współczynnik wysokości piętrzenia (Hw/H) Rys. 3. Zmienność współczynnika stateczności w funkcji wysokości piętrzenia wody; FF-metoda Felleniusa; FB-metoda Bishopa 420

Rys. 4. Przebieg powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności przy założonych poziomach piętrzenia wody 4. SKARPA PODTOPIONA Rozpatrywana jest sytuacja, gdy przy piętrzeniu na poziomie równym wysokości nasypu H, skarpa po przeciwnej stronie jest dodatkowo podtopiona do wysokości H d = 0,25H. Dyskretyzacja (na elementy trójkątne) obszaru filtracji, rozkład prędkości i siatka hydrodynamiczna są przedstawione w opracowaniu []. Szczegóły dotyczące wyznaczenia powierzchni o najmniejszym współczynniku stateczności znajdują się także w publikacji []. Natomiast wartości liczbowe parametrów opisujących wyznaczone powierzchnie zamieszczono w tablicach 3 i 4. Rysunek 5 ilustruje powierzchnie wyznaczone obiema metodami. Cechą charakterystyczną otrzymanych wyników jest niewielka różnica między wartościami współczynnika stateczności, obliczonymi metodą Felleniusa i Bishopa ( F = FB - FF = 0,011). Tablica 3. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Felleniusa, dla skarpy podtopionej (Hp/Hn =0.25) nasypu piętrzącego wodę Poziom piętrzenia wody Hw/Hn Współczynnik stateczności FF Współrzędne punktów charakterystycznych kołowych powierzchni poślizgu Początek Koniec Środek Xp[m] Yp[m] Xk[m] Yk[m] Xo[m] Yo[m] Promień powierzchni poślizgu R [m] 1.00 1.543 11.0 10.0 20.0 5.0 17.836 11.714 7.045 421

Tablica 4. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Bishopa, dla skarpy podtopionej (Hp/Hn =0.25) nasypu piętrzącego wodę Poziom piętrzenia wody Hw/Hn Współczynnik stateczności FB Współrzędne punktów charakterystycznych kołowych powierzchni poślizgu Początek Koniec Środek Xp[m] Yp[m] Xk[m] Yk[m] Xo[m] Yo[m] Promień powierzchni poślizgu R [m] 1.00 1.554 11.0 10.0 20.0 5.0 18.485 12.883 8.018 Rys. 5. Przebieg powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności przy poziomie piętrzenia równym wysokości nasypu H i podtopionej skarpie do wysokości 0.25*H. 5. PODSUMOWANIE Wykonano analizę stateczności nasypu komunikacyjnego, biorąc pod uwagę obciążenie ciężarem własnym i obciążenie eksploatacyjne równomiernie rozłożone na koronie nasypu. Uwzględniono także wpływ piętrzenia wody, która mogłaby pojawić się wskutek np. powodzi. Rozpatrzono ponadto przypadek, w którym przy piętrzeniu na poziomie równym wysokości nasypu (H), skarpa z przeciwnej strony jest podtopiona do wysokości 0,25 H. Do obliczeń wykorzystano oprogramowanie [1, 2], potwierdzając jego przydatność. Rozpatrując wpływ obciążenia eksploatacyjnego, na zasadzie analizy kształtu krzywych poślizgu stwierdzono, że wartość obciążenia nie wpływa w sposób znaczący na przebieg powierzchni poślizgu. Biorąc pod uwagę wpływ pojawiającej się wody powodziowej oszacowano: - przebieg powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności w nasypie z wodą gruntową na poziomie terenu oraz przy różnych poziomach piętrzenia, - zmienność najmniejszego współczynnika stateczności w zależności od poziomu piętrzenia wody. 422

Istotne spostrzeżenie dotyczy także powierzchni poślizgu wyznaczonych metodą Felleniusa: sięgają one głębiej w podłoże i mają szerszy zasięg. W przypadku skarpy podtopionej, stwierdzono nieznaczną różnicę w wartościach współczynnika stateczności, obliczonego metodą Felleniusa i Bishopa ( F = FB - FF = 0,011). LITERATURA [1] Balawejder A., Program SZMFiB-Stateczność zboczy metodą Felleniusa i Bishopa. Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Inżynierii Środowiska, Wrocław 2007. [2] Balawejder A., Program FILTR-Filtracja ustalona w nasypach ziemnych piętrzących wodę. Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Inżynierii Środowiska, Wrocław 2008. [3] Surowiecki A., Balawejder A., Kozłowski W., Badanie możliwości wzmacniania nasypów kolejowych przy zastosowaniu zbrojenia gruntu, lekkich konstrukcji oporowych i maty komórkowej. Raport serii SPR nr 6, projekt Bad. MNiI nr 5 T07E 06024, Politechnika Wrocławska, Instytut Inż. Ląd., Wrocław 2006. Článok recenzoval: doc. Ing. Ladislav Novák, PhD. 423

www.esecportal.eu 424