Wybrane aspekty badań gruntów w rejonach występowania procesów geodynamicznych

WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str. 611 622 Zbigniew BEDNARCZYK Instytut Górnictwa Odkrywkowego Poltegor-Instytut, Wrocław Wybrane aspekty badań gruntów w rejonach występowania procesów geodynamicznych Streszczenie Przedstawiono wybrane problemy związane z badaniami gruntów w rejonach występowania procesów geodynamicznych. Zostało to wykonane na przykładzie osuwisk w odkrywkowych zakładach górniczych, osadach fliszu karpackiego oraz osuwiskach w osadach ilastych Norwegii. Omówiono możliwości zastosowania sondowań statycznych CPTU w połączeniu z badaniami laboratoryjnymi, profilowaniem georadarowym oraz profilowaniem GPS. 1. Metody badania gruntów na obszarach działania procesów geodynamicznych Procesy geodynamiczne stwarzające zagrożenie dla infrastruktury i obiektów przemysłowych w tym odkrywkowych zakładów górniczych są najczęściej reprezentowane przez osuwiska, zjawiska krasowe, suffozję, erozję i abrazję. Najbardziej powszechnymi zjawiskami geodynamicznymi są procesy osuwiskowe. Zjawiska te ze względu na swoją naturę i szybkość są zazwyczaj trudne do przewidywania i powodują znaczne straty materialne a nawet zagrożenia dla życia ludzkiego. Badania gruntów podatnych na czynniki osuwiskowe wymagają określenia genezy procesu osuwiskowego, parametrów gruntów, warunków wodnych występujących w zagrożonych rejonach oraz badań ich intensywności i sposobów przeciwdziałania. Ze względu na różnorodną specyfikę tych zjawisk metody badań powinny być dostosowane do konkretnego typu osuwiska i procesów zachodzących w jego obrębie. Powinny one także określić parametry i rozprzestrzenienie gruntów objętych procesami osuwiskowymi oraz zagrożonymi przez nie. Różne metody badań będą najbardziej efektywne w poszczególnych przypadkach. Szczególną rolę należy przypisać badaniom in-situ, które w połączeniu z badaniami laboratoryjnymi dają najbardziej wiarygodne wyniki. W artykule przedstawiono podsumowanie wyników badań terenowych oraz laboratoryjnych osadów ilastych w rejonach osuwiskowych. Zaprezentowano wyniki sondowań statycznych wykonanych w osadach ilastych w KWB Bełchatów oraz w Stjørdal w Norwegii oraz wyniki profilowań georadarowych osuwiska Lachowice koło Suchej Beskidzkiej. 1.1. Problemy związane z badaniami rejonów osuwiskowych Prognozowanie i przeciwdziałanie procesom geodynamicznym w odkrywkowych zakładach górniczych ma zasadnicze znaczenie dla prowadzenia efektywnej eksploatacji. Założony okres istnienia skarp roboczych i stałych oraz konieczność bezpiecznego zwałowania nadkładu 611

Z. BEDNARCZYK Wybrane aspekty badań gruntów w rejonach występowania procesów... stwarza konieczność odpowiedniego modelowania warunków geologiczno-inżynierskich i hydrogeologicznych w oparciu o odpowiednio, do danych warunków, dobranych badań parametrów wytrzymałościowych in-situ i testów laboratoryjnych oraz modelowaniu stateczności wybranych rejonów w oparciu o otrzymane w ten sposób parametry. Często zdarza się, że wielkości parametrów z badań laboratoryjnych znacząco odbiegają od wyników otrzymanych z badań terenowych. Wpływ na to ma szereg czynników, między innymi brak wystarczającej liczby testów, zła jakość próbek gruntów, nie uwzględnienie w badaniach laboratoryjnych parametrów wytrzymałościowych głębokości pobrania próbek oraz najczęściej braku pełnej saturacji próbek gruntów spoistych, co spowodowane jest przez system odwodnieniowy kopalń. Do błędnych interpretacji przyczyn procesów gedynamicznych przyczynia się także niewystarczający sposób rozpoznania warunków geologicznoinżynierskich oraz hydrogeologicznych jak również błędów popełnionych w trakcie formowania i odwadniania skarp i zwałowisk. W dotychczasowej praktyce w rejonach narażonych na wystąpienie procesów osuwiskowych lub obszarach czynnych osuwisk najczęściej wykonuje się dodatkowe otwory rozpoznawcze umożliwiające pobranie próbek gruntu i określenie głębokości zalegania wód gruntowych, co ma za zadanie określenie potencjalnej powierzchni poślizgu. W KWB Bełchatów i KWB Turów w celu przeciwdziałania procesom geodynamicznym wykorzystywano także nowoczesne metody badań takie jak sondowania CPT i CPTU oraz systemy kontrolno-pomiarowe umożliwiające pomiary przemieszczeń, pomiary inklinometryczne a także pomiary ciśnienia porowego w gruncie umożliwiające monitoring osuwisk i ostrzeganie o potencjalnych zagrożeniach. 1.2. Przykładowe rejony osuwiskowe Prowadzenie kompleksowych badań i przeciwdziałanie procesom geodynamicznym ma szczególne znaczenie w przypadku rozległych osuwisk stwarzających niebezpieczeństwo dla eksploatacji. Występowanie zjawisk osuwiskowych w strefie bezpośrednio ponad pokładami węgla jest poważnym utrudnieniem dla prowadzenia eksploatacji. Tego typu osuwiska występowały w KWB Bełchatów (rys. 1.1a) np. osuwisko na południowym zboczu odkrywki o długości około 600 m i szerokości około 400 m, które kontynuuje się także obecnie w trakcie eksploatacji węgla w rejonie tak zwanego rowu drugiego rzędu (Bednarczyk 1997). Przykładem może być także osuwisko powstałe we wschodniej części zwałowiska zewnętrznego KWB Turów w 1994 r. (rys 1.1b) o długości około 1300 m, szerokości 750 m o objętości 6 mln m 3. Bardzo niebezpieczne mogą być także osuwiska występujące poza terenami górniczymi. Na rysunku 1.1c przedstawiono osuwisko w utworach ilastych występujących w Norwegii, 35 km na północ od Trondheim. Osuwisko powstało po intensywnych opadach deszczu w 2002 roku i zagroziło drodze międzynarodowej E-6 Trondheim-Narvik. W Polsce obszarami najbardziej zagrożonymi osuwiskami są Karpaty fliszowe gdzie w 2000 roku odnowiło się ponad 2500 osuwisk. Jednym z najgroźniejszych było osuwisko w Lachowicach koło Suchej Beskidzkiej o kubaturze 1,3 mln m 3 i długości 460 m, które zniszczyło kilkanaście budynków mieszkalnych (rys.1.1c). 612

WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie a) b) c) d) Rys. 1.1. Zagrożenia spowodowane przez wybrane osuwiska; a południowe zbocze KWB Bełchatów, b zwałowisko KWB Turów, c grunty ilaste w Stjørdal w Norwegii, d flisz karpacki, Lachowice koło Suchej Beskidzkiej Fig. 1.1. Treats connected with the landslides; a south slope of Bełchatów Opencast Mine, b embankments in Turów Opencast Mine, c clay soil in Stjørdal, Norway, d flysch deposits in Carpathian Mountains, Lachowice near Sucha Beskidzka 2. Wybrane metody badania rejonów osuwiskowych z praktyki autora W rozdziale tym przedstawiono wyniki badań parametrów gruntów budujących rejony osuwiskowe przy pomocy sondowań statycznych oraz badań laboratoryjnych a także zastosowanie profilowania georadarowego i pomiarów GPS. 2.1. Możliwości zastosowania sondowań statycznych CPTU do określenia parametrów wytrzymałościowych gruntów dla potrzeb prognozowania i przeciwdziałania procesom osuwiskowym w kopalniach odkrywkowych Sondowania statyczne są szeroko rozpowszechnionymi w Europie i na świecie geotechnicznymi testami in-situ stosowanymi do badań parametrów wytrzymałościowych gruntów. Możliwość zastosowania tej metody sprowadza się do gruntów spoistych i niespoistych, w tym nasypowych, natomiast ograniczeniem jest występowanie w gruncie poziomów otoczaków, bruków i skał zwięzłych, które nie nadają się do tego typu badań i mogą uszkodzić stożek pomiarowy. Występowanie bardzo spoistych gruntów stanowi także ograniczenie zastosowania sondowań. Testy CPTU polegają na pomiarze oporu penetracji 613

Z. BEDNARCZYK Wybrane aspekty badań gruntów w rejonach występowania procesów... stożka q c [MPa], oporu na pobocznicy f s [MPa] oraz generowanego ciśnienia porowego u2[mpa] podczas wciskania w podłoże stożka pomiarowego ze stałą prędkością wynoszącą 2 cm/s. Przykładem tego typu penetrometru jest sonda Hysson 200 przedstawiona na rysunek 2.1. Jeden z profili CPTU wykonany w KWB Bełchatów i użyty do korelacji z testami laboratoryjnymi przedstawiono na rysunku 2.2. Rys. 2.1. Sondowania CPTU w rejonie południowego zbocza KWB Bełchatów Fig. 2.1. CPTU tests on the south slope of Bełchatów open pit mine 614

WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys 2.2. Profil sondowania CPTU B9602 wykorzystany do korelacji z testami laboratoryjnymi Fig. 2.2. CPTU test B9602 test profile used for the correlation with laboratory tests Stosowane w dotychczasowej praktyce metody interpretacji wyników sondowań statycznych (Lunne i Sandven 2004; Sandven, Watn 1997) dotyczą testów wykonywanych z powierzchni terenu i nie mogą być zastosowane w warunkach KWB Bełchatów gdzie sondowania CPTU były często wykonywane na głębokościach 50 200 metrów p.p.t. w gruntach. przekonsolidowanych, a także częściowo saturowanych na skutek działania systemu odwodnienia kopalnianego. Badania tego typu gruntów przy pomocy sondowań CPTU wymagają opracowania pełnej ich korelacji z badaniami laboratoryjnymi modelującymi warunki występowania gruntów w wyrobisku. Opracowanie zależności dla badanych gruntów ilastych z KWB Bełchatów możliwe było dzięki stypendium norweskiej administracji NATO Advanced Fellowship Programme w Instytucie Geotechniki Norwegian University of Scence and Technology Trondheim (Bednarczyk, Sandven 2004). W ramach tych prac wykonano także interpretację testów CPTU dla iłów norweskich występujących w rejonie zagrożonym przez osuwiska. W KWB Bełchatów badania wykonano w pobliżu osuwiska na południowym zboczu odkrywki. Testy laboratoryjne pobranych próbek gruntów porównano z interpretacją wykonaną dla pomiarów CPTU wykonanych w norweskich iłach. Badania laboratoryjne próbek gruntów pobranych z KWB Bełchatów obejmowały: 1. badania podstawowych cech fizycznych gruntów (index testy) w celu klasyfikacji gruntu (gęstość, wilgotność naturalna, uziarnienie, zawartość części organicznych, granica płynności i plastyczności, wytrzymałość na ściananie,), 2. badanie wytrzymałości na trójosiowe ściskanie w aparacie trójosiowym (o maksymalnym osiowym nacisku do 5 ton), 3. badania całkowitej i efektywnej wytrzymałości na ścinanie, określenie relacji naprężenie-odkształcenie i parametrów ciśnienia porowego, 4. badania edometryczne (max. obciążenie 60MPa) określenie modułów edometrycznych, ciśnienia prekonsolidacji, stopnia przekonsolidowania gruntu Miejsce pobrania próbek i wykonania testów CPTU bezpośrednio sąsiadowało z osuwiskiem w rejonie południowego zbocza KWB Bełchatów. Trzeciorzędowe iły, które były przedmiotem badań można określić jako twardoplastyczne, przekonsolidowane, o niskiej 615

Z. BEDNARCZYK Wybrane aspekty badań gruntów w rejonach występowania procesów... plastyczności. Do testów laboratoryjnych pobrano cztery próbki NNS iłu (75 900 mm) z głębokości: 52,0 60,5 m poniżej powierzchni terenu. Parametry wytrzymałościowe iłów uzyskano z badań oedometrycznych (IL, CRS), oraz testów trójosiowych (CIU, CID) i jednoosiowych, które były wykonane w Instytucie Geotechniki NTNU. Porównanie wartości parametrów wytrzymałościowych otrzymanych z interpretacji sondowań CPTU oraz testów laboratoryjnych iłów z KWB Bełchatów wykazało istnienie całkiem dobrej korelacji pomiędzy wynikami. Poniżej przestawiono porównanie otrzymanych wartości wybranych parametrów. Wytrzymałość na ścinanie bez odpływu S u obliczona na podstawie sondowań została określona na podstawie wzoru: gdzie: N c wskaźnik korelacyjny, q c opór na stożku [kpa], σ vo całkowite naprężenie liniowe [kpa]. Su q c σ vo (2.1) N c Wytrzymałość na ścinanie bez odpływu S u na podstawie badań laboratoryjnych została określona trzema metodami: 1. z wykorzystaniem równania: S u α c (σ c ' c) (2.2) gdzie: αc współczynnik korelacyjny zależny od tanφ, σ c naprężenie prekonsolidacji [kpa], c spójność [kpa]. 2. na podstawie maksymalnego naprężenia ścinającego max z testu trójosiowego z konsolidacją; 3. na podstawie testu jednoosiowego ściskania. Poniżej przedstawiono przykładowe wykresy (dla testu CPTU B9602) dla wybranych parametrów geotechnicznych z naniesionymi wynikami testów laboratoryjnych i wynikami interpretacji sondowań statycznych. Na rysunku 2.3 wytrzymałość na ścinanie bez odpływu S u obliczona na podstawie interpretacji testów CPTU dla dwóch różnych wartości współczynnika N c (N c = 6, N c = 9) jest przedstawiona na tle wyników badań laboratoryjnych. Na wykresie uwidacznia się dobra korelacja wyników dla wybranych metod badań, to znaczy N c = 9 i równanie (2.2). Porównanie wyników interpretacji naprężenia prekonsolidacji (rys. 2.4) oraz modułu ściśliwości M i (rys. 2.5) otrzymanych z badań laboratoryjnych wykazują dobrą korelację z wynikami sondowań CPTU. Jedynie wartości tangensa kąta tarcia wewnętrznego (rys. 2.6) otrzymane z interpretacji testów CPTU były znacząco niższe niż z badań laboratoryjnych. Podstawą do wykonania poniższych korelacji były testy trójosiowe typu CIU i CID. Badania trójosiowe bez odpływu wykonywano na próbkach, które konsolidowano i w poddawano procesowi saturacji, której efekt sprawdzano w trakcie testu. Sam proces 616

WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie ścinania przeprowadzano w aparacie trójosiowym Wille Geotechnik GMBH. Próbki zostały jednorodnie konsolidowane i saturowane w etapach 300, 400, 500, 600 kpa z ciśnieniem odwrotnym osiągającym 360 kpa aby osiągnąć pełną saturację próbki. Była on sprawdzana po każdym kroku konsolidacji. Su [kpa] 0 500 1000 1500 2000 52.0 52.5 Depth [m] 53.0 53.5 54.0 Nc=6 CPTU Nc=9 CPTU LAB 1 max LAB 2 c +( c '+a) LAB 3 - UNIAXIAL COMPRESSION Rys. 2.3. Ił z KWB Bełchatów, test CPTU B9602, interpretacja wytrzymałości na ścinanie bez odpływu Su (Nc = 6-9) Fig. 2.3. Clay from Bełchatów Opencast Mine, CPTU test B9602, undrained shear strength interpretation Su (Nc = 6-9) Preconsolidation Pressure [MPa] 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 52.0 52.5 Depth [m] 53.0 53.5 54.0 EFFECTIVE OVERBURDEN PRECOSOLIDATION PRESSURE CPTU PRECONSOLIDATION. PRESSURE LAB Rys. 2.4. Ił z KWB Bełchatów test CPTU B9602, interpretacja naprężenia prekonsolidacji Fig. 2.4. Clay from Bełchatów Opencast Mine, CPTU test B9, preconsolidation stress interpretation M i [MPa] 0 20 40 60 80 52.0 52.5 Depth [m] 53.0 53.5 Mi CPTU 54.0 Mi LAB 617

Z. BEDNARCZYK Wybrane aspekty badań gruntów w rejonach występowania procesów... Rys. 2.5. Ił z KWB Bełchatów, test CPTU B9602 moduł ściśliwości Mi dla iłów przekonsolidowanych z testów CPTU i badań laboratoryjnych Fig. 2.5. Clay from Bełchatów Opencast Mine, CPTU test B9602 compression modulus in overconsolidated range Mi from CPTU and laboratory tests tan 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 52.0 52.5 Depth [m] 53.0 53.5 54.0 CPTU LAB Rys. 2.6. Ił z KWB Bełchatów, test CPTU B9602, porównanie pomiędzy wielkością tan otrzymanego z sondowań CPTU i z wyników badań laboratoryjnych Fig. 2.6. Clay from Bełchatów Opencast Mine, CPTU test B9602, comparison between tan from CPTU and laboratory tests Każdy etap był kontynuowany do czasu aż nie stwierdzono żadnych znaczących zmian w objętości. Ścinanie wykonywano z prędkością 0,075 mm/h dla testów bez drenażu i 0,05 mm/h dla testów z drenażem. Wartości kąta tarcia wewnętrznego otrzymane z testów trójosiowych bez drenażu wykonane na NTNU, wynoszące 21,0 21,3 były bardzo zbliżone do wcześniej wykonanych w Polsce tego typu testów 21,8 25,3, natomiast wartości spójności (8,5 8,6 kpa) były bardzo niskie. Ogólnie dla iłów wartości kata tarcia wewnętrznego otrzymane z wyników testów CPTU były niższe niż uzyskane z badań laboratoryjnych. Kąt tarcia wewnętrznego wynosił od 0,38 0,39 obydwu profilach CPTU. Maksymalne naprężenia ścinające w profilu B9602 wynosiły 500 800 kpa podczas gdy w profilu B9603 wykazywały wartości pomiędzy 280 500 kpa. Naprężenie prekonsolidacji wahało się od 400 do 700 kpa. Iły są przekonsolidowane, OCR wynosi od 6,0 do 8,0. Badania laboratoryjne wykonane w NTNU umożliwiły określenie parametrów wytrzymałościowych polskich iłów. Dla norweskich iłów do korelacji z wynikami CPTU użyto parametry z wcześniej wykonanych badań laboratoryjnych oraz wykonaną w ramach programu NATO interpretację sondowań norweskich. Porównanie rezultatów interpretacji sondowań CPTU dla iłów z KWB Bełchatów i iłów norweskich przedstawiono w tabeli 2.1. Tabela 2.1. Porównanie interpretacji wyników sondowań CPTU i testów laboratoryjnych iłów z KWB Bełchatów i iłów norweskich (w nawiasach opis korelacji) Table 2.1. Comparison between CPTU and laboratory tests interpretation results for Belchatów and Norwegian clays PARAMETR IŁ Z KWB BEŁCHATÓW IŁ NORWESKI 618

WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Typ gruntu Zwięzły ił, zwięzły twardy grunt Zwięzły ił, pył Wytrzymałość gruntu na ścinanie bez odpływu S u [kpa] Naprężenie prekonsolidacji σ c [kpa] Stopień przekonsolidowania OCR [-] Moduł edometryczny (dla gruntów przekonsolidowanych) M i[kpa] Tangens kąta tarcia wewnętrznego tan [-] 250 500 (dobra korelacja) 500 600 (dobra korelacja w teście B9602 w teście B9603 niższe wartości) 6-8 (dobra korelacja) 20 000-30 000 (niższe wartości CPTU) 0,6-0,7 (niższe wartości CPTU) 80 100 (dobra korelacja) 200-300 (nieznacznie niższe wartości CPTU) 5-4 (niższe wartości CPTU) 7000-8000 (nieznacznie wyższe wartości CPTU) 0,2-0,4 (dobra korelacja) Prawie wszystkie wielkości parametrów mechanicznych otrzymane wprost z sondowań CPTU dla gruntów z KWB Bełchatów były około dwa razy większe niż norweskich gruntów za wyjątkiem obliczonej wartości kąta tarcia wewnętrznego. Wnioski zaprezentowane w tabeli 2.1 wskazują, że parametry uzyskane z sondowań CPTU (z opisanymi uwagami) dały w przybliżeniu te same rezultaty, co testy laboratoryjne (dobra korelacja, nieznaczne różnice). Tylko stopień przekonsolidowania i wartości modułów edometrycznych dla gruntów nieprzekonsolidowanych dały niższe wartości zarówno dla norweskich jak i polskich iłów. Próbki gruntu pobrane w KWB Bełchatów z głębokości 50 metrów poniżej poziomu terenu były częściowo saturowane na skutek systemu odwodnieniowego kopalni. Na skutek niskiego stopnia saturacji próbek użytych do testów trójosiowych, saturacja próbek została osiągnięta z użyciem wysokiego ciśnienia odwrotnego. Badania częściowo saturowanych próbek jednakże wymagają zastosowania specjalnego typu aparatów trójosiowych. W przeprowadzonych badaniach skoncentrowano się głównie na określeniu zależności pomiędzy wynikami testów CPTU i badaniami laboratoryjnymi dla iłów i bazowano na ograniczonej liczbie próbek laboratoryjnych i sondowań CPTU. Obecnie prowadzone są w różnych miejscach na świecie badania gruntów częściowo saturowanych, ale w pełni akceptowana procedura badań tych gruntów nie została jak dotychczas opracowana. Badania iłów bazujące głownie na metodzie interpretacji opracowanej na NTNU wykazały, że sondowania CPTU w połączeniu z testami laboratoryjnymi, mogą być z powodzeniem stosowane w badaniu parametrów wytrzymałościowych gruntów w bardzo różnorodnych warunkach geotechnicznych. Ostrożność powinna być zachowana przy określaniu danych wyjściowych szczególnie dotyczących stopnia saturacji i głębokości pobrania próbek i wykonywania testów gdyż mogą one w istotny sposób wpływać na wynik interpretacji. 2.2. Profilowanie georadarowe Do szybkich i efektywnych badań obszarów osuwiskowych można zastosować badania georadarowe polegające na bezinwazyjnym prześwietlaniu gruntu wiązką fal elektromagnetycznych wzdłuż zadanej linii profilowania. Urządzenie analizuje impulsy elektromagnetyczne o częstotliwości 10 1000 MHz, które odbijają się od granic litologicznych oddzielających ośrodki o różnych wartościach stałej dielektrycznej. Wracają one do anteny odbiorczej 619

Z. BEDNARCZYK Wybrane aspekty badań gruntów w rejonach występowania procesów... w postaci falogramu czasowego rejestrowanego przez system komputerowy. Zasięg penetracji zależy od cech gruntu i rodzaju użytej anteny. Profilowanie georadarowe może być zastosowane do rozpoznania zmienności litologicznej i strukturalnej rejonów osuwiskowych a także określenia zasięgu osuwiska w tym głębokości strefy poślizgu. Poniżej zaprezentowano wyniki badań osuwiska w obrębie tzw. fliszu karpackiego w Lachowicach koło Suchej Beskidzkiej (Bednarczyk 2002). Dla badanego osuwiska, granice litologiczne oddzielające warstwy cechujące się różnymi wartościami stałej dielektrycznej reprezentowane były przez grunty będące zaangażowane w procesy osuwiskowe oraz iłołupki i piaskowce wyraźnie widoczne na rysunku 2.7. Osuwiska w utworach fliszowych w ostatnich latach w południowej Polsce występują szczególnie intensywnie, co związane jest z większą ilością opadów atmosferycznych. Osuwisko w Lachowicach powstało w naprzemianległych warstwach piaskowców, mułowców i łupków zapadających konsekwentnie pod kątem 15 35 o w kierunku doliny rzecznej. Badane osady fliszowe charakteryzowały się zmiennym stopniem diagenezy, co wyrażało się występowaniem miękkoplastycznych iłowców przedzielonych warstwami zwięzłych piaskowców. Na wykonanych przekrojach (rys. 2.7 i 2.8) wyraźnie widoczna jest granica poślizgu pomiędzy nienaruszonym podłożem a gruntami objętymi przez osuwisko, a także położeniem najbardziej naruszonych osadów w obrębie osuwiska. Wyniki otrzymane dla osuwiska fliszowego w Lachowicach wykazały dużą przydatność tego typu badań do profilowania rejonów objętych procesami geodynamicznymi co wskazuje celowość zastosowania tego typu badań także w kopalniach odkrywkowych. Profilowanie georadarowe jest nadzwyczaj efektywną i szybką metodą badań gdyż konwencjonalne metody obejmujące wykonanie odpowiedniej ilości wierceń rdzeniowych są znacznie bardziej kosztowne i czasochłonne. W celu otrzymania satysfakcjonujących wyników interpretacja profilowania GPR wymaga doświadczenia i odpowiedniej kalibracji poprzez dodatkowe wiercenia, kartowanie odsłonięć lub analizę archiwalnych materiałów geologicznych. Rys. 2.7. Przekrój georadarowy przez osuwisko w Lachowicach Fig. 2.7. Landslide in Lachowice, GPR cross-section 620

WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys. 2.8. Fragment przekroju geologicznego przez osuwisko w Lachowicach wykonanego na podstawie interpretacji badań georadarowych Fig. 2.8. Landslide in Lachowice, segment of the geological cross-section based on the GPR interpretations 2.3. Pomiary GPS Pomiary GPS są precyzyjną i szybką metodą badań morfologii osuwisk. Ich zastosowanie przetestowane zostało na osuwisku w Lachowicach koło Suchej Beskidzkiej. Prace wykonano urządzeniem GPS, określając 218 pikiet pomiarowych na obszarze całego osuwiska dla charakterystycznych punktów jego powierzchni z wykorzystaniem istniejącej osnowy geodezyjnej. W oparciu o wykonane pomiary wykonano mapę warstwicową powierzchni osuwiska oraz jego model 3D (rys. 2.9). Poprzez porównanie z mapą warstwicową tego terenu przed powstaniem osuwiska określono przemieszczenia mas gruntowych. Wykonane prace potwierdziły przydatność techniki GPS do szybkiego określania deformacji terenu. System ten pozwala także na prowadzenie dokładnego monitoringu (dokładność rzędu milimetrów) ruchów górotworu na zagrożonym obszarze. Rys. 2.9. Model 3D osuwiska w Lachowicach wykonany na podstawie pomiarów GPS Fig. 2.9. Landslide in Lachowice, 3D model based on the GPS measurements 3. Podsumowanie i wnioski Przedstawione metody badań pozwalają na przeprowadzenie szybkich i efektywnych badań gruntów występujących w rejonach zagrożonych procesami geodynamicznymi. Nowoczesne rozwiązania takie jak sondowania CPTU, profilowanie GPR i GPS pozwalają na modelowanie warunków gruntowych w zagrożonych rejonach. Testy CPTU skorelowane za badaniami laboratoryjnymi obejmującymi wykonanie badań podstawowych cech fizycznych gruntu oraz 621

Z. BEDNARCZYK Wybrane aspekty badań gruntów w rejonach występowania procesów... testami edometrycznymi i trójosiowymi pozwalają na określenie parametrów gruntów ilastych występujących w rejonach osuwiskowych. Potwierdziły to badania gruntów ilastych wykonane w KWB Bełchatów i gruntach ilastych z rejonu Stjørdal w Norwegii w ramach NATO Advanced Fellowship Programme. Wyniki tego typu badań mogą być wykorzystane w odkrywkowych zakładach górniczych, jednak badania in-situ powinny być zawsze korelowane z testami laboratoryjnymi uwzględniającymi warunki występowania gruntów w odkrywce, to znaczy głębokości ich pobrania, stopnia przekonsolidowania i saturacji. W celu dokładnego określenia parametrów gruntów w rejonach zagrożonych zjawiskami geodynamicznymi należy przeprowadzać kompleksowe badania obejmujące testy in-situ i laboratoryjne we wszystkich rodzajach gruntów występujących w wyżej wymienionych rejonach na reprezentatywnej liczbie próbek. Do szybkiego badania zalegania warstw objętych procesami geodynamicznymi oraz określenia głębokości występowania powierzchni poślizgu można zastosować badania georadarowe, które przetestowano na utworach fliszowych w Karpatach, i które mogą być podobnie jak modelowanie bryły osuwiska z użyciem GPS stosowane w odkrywkowych zakładach górniczych. W najbardziej zagrożonych rejonach celowe jest uzupełnienie tych metod o monitoring przemieszczeń, pomiary inklinometryczne, rejestrację wielkości ciśnienia porowego i wielkości opadów. Zakres badań powinien być jednak zawsze odpowiednio dobrany do określonego rodzaju osuwiska i zagrożeń, jakie ono stwarza. Literatura [1] Bednarczyk Z. 1997: Identyfikacja budowy geologicznej i parametrów wytrzymałościowych gruntów za pomocą sondowań statycznych sondą Hysson 200 w rejonie występowania utworów trudno urabialnych w odkrywce Bełchatów. Górnictwo Odkrykowe, nr 3, 5 31. [2] Bednarczyk. Z. 2002: Koncepcja rozwiązań technologiczno-technicznych stabilizacji osuwisk dla miejscowości Stryszawa. Praca Poltegor-Instytut nr 4877/IGO, 13 54. [3] Bednarczyk Z., Sandven R. 2004: Comparison of CPTU and laboratory tests interpretation for Polish and Norwegian clays. ISC-2 Conference, Porto 2004 (w przygotowaniu). [4] Lunne T., Sandven 1997: Cone Penetration Testing. National Report for Norway. Norwegian University of Science and Technology, Department of Geotechnical Engineering, Bulletin 32 Trondheim 1, 11 21. [5] Sandven, R. Watn, A. 1997: Soil classification and parameters evaluation from piezocone tests. Results from the major site investigations at Oslo main airport, Gardermoen. Norwegian University of Science and Technology. Department of Geotechnical Engineering. Bulletin 32 Trondheim 1 21. Chosen aspects of soil investigations in landslide areas Problems connected with soil investigations in landslide areas and potential landslide areas are presented. This was done on the base on landslides in opencast mines, Carpathian Flysch sediments and Norwegian clays. CPTU static sounding connected with reference laboratory tests, ground penetration radar and GPS modeling are discussed as a method of investigation in landslide areas. Przekazano: 24 marca 2004 r. 622