1. Wstęp

1. Podstawa formalna opracowania

Niniejsze opracowanie zostało wykonane w ramach ćwiczeń projektowych z przedmiotu mechanika gruntów.

2. Cel i zakres

Opracowanie ma na celu sprawdzenie stateczności skarpy gruntowej. Stateczność będzie sprawdzana dla dwóch warunków wodnych: skarpa zbiornika wodnego przed wypełnieniem wodą oraz skarpa zbiornika wodnego po jego wypełnieniu wodą.

3. Przedmiot opracowania

Badaną skarpą jest wykop jednopoziomowy o nachyleniu 1 : 2,5. Skarpa obciążona jest na naziomie obciążenie równomiernie rozłożonym równym 70 kPa na odcinku 20 m w odległości 5 m od skłony skarpy.

4. Literatura

• Polskie normy budowlane

PN-B-02479: 1998

Polska norma PN-81/B-03020 „Posadowienie bezpośrednie budowli - obliczenie statyczne i projektowanie”

Instrukcja ITB nr 304, 1991 - „Posadowienie obiektów budowlanych w sąsiedztwie skarp i zboczy”

2. Analiza warunków wodno gruntowych

Na obszarze badanej skarpy wody gruntowe występują powyżej poziomu posadowienia podnóża skarpy, na głębokości 8m poniżej poziomu terenu. Zwierciadło wód gruntowych jest równoległe do ułożenia warstw i swobodne, nie występuje więc ciśnienie spływowe wody. Rozkład ciśnienia hydrostatycznego jest równomierny i wzrasta wraz ze wzrostem wysokości poniżej zwierciadła wody gruntowej.

Grunt posadowiony jest poziomo, równoległe warstwy.

Do głębokości 4,8m poniżej poziomu terenu występuje glina pylasta zwięzła o konsystencji twardoplastycznej. Poniżej znajduje się warstwa gliny piaszczystej o konsystencji miękkoplastycznej, o miąższości 5,5m. Następnie od głębokości 10,3 m poniżej poziomu terenu występuje piasek gruby w stanie średnio-zagęszczonym.

Wykop dla skarpy ma głębokość 18 m. Skłon skarpy ma długość 48,5m i nachylony jest do poziomu tereny pod kątem 22^o.

3. Ustalenie kategorii geotechnicznej (wg PN-B-02479 : 1998)

Skarpa, dla której badana jest stateczność znajduje się na terenie o złożonych warunkach gruntowych, ponieważ niektóre z gruntów nie mają dobrej nośności. Poziom wody gruntowej znajduje się powyżej poziomu dna badanej skarpy. Na danym terenie nie wykryto niekorzystnych zjawisk geologicznych.

Na terenie, na którym posadowiona jest skarpa występują złożone warunki gruntowe. Przypadek obciążenia jest mało skomplikowany. Konstrukcja działa na terenie dużych różnic ciśnienia wody.

Ze względu na wyżej wymienione czynniki grunt został sklasyfikowany jako grunt III kategorii geotechnicznej.

4. Dobór wartości parametrów geotechnicznych wg PN-81/B-03020

1. Wartości parametrów geotechnicznych (metoda B)

	sasiCl / G z	clSa / Gp	CSa / Pr
Nazwa wg PN	Glina pylasta zwięzła	Glina piaszczysta	Piasek gruby
Nazwa wg ISO	Glina ilasta	Piasek ilasty	Piasek gruby
Grupa konsolidacyjna	C	C	-
Stan wilgotności	-	-	mo Sr =1
Konsystencja	twardoplastyczny	miękkoplastyczny	-
Ic	0,75	0,25	-
Il	0,25	0,75	-
Id	-	-	0,40 (średnio zagęszczony)
s [kg/dm^3]	2,71	2,67	2,65
[kg/dm^3]	2,00	2,10	2,00
wn	22 %	17 %	22 %
	0,60	0,60	0,60
M0 [MPa]	25	10	80
M [MPa]	41,67	16,67	133,33
E0 [MPa]	18	6,5	68
E [MPa]	30	10,83	113,33
Miąższość warstwy [m]	4,8	5,5	< 10,3
s [kN/dm^3]	26,6	26,2	26,0
' [kN/dm^3]	12,44	12,91	12,24
sat [kN/dm^3]	22,2	22,7	22,05
n	0,26	0,21	0,24
cu^(n)	15	5	-
c'	12,5	4,17	-
	14	6	32,3
'	17	8	34,3






















2. Przykładowe obliczenia dla gliny pylastej zwięzłej:


MPa


MPa


kg/dm³


0,26













5. Stateczność skarpy wykopu

1. Metoda obliczeniowa

Jako metodę obliczeniową przyjęto metodę Felleuiusa.

W metodzie tej analizuje się stateczność bryły klina odłamu ograniczonej od góry konturem skarpy, a od dołu potencjalną powierzchnią poślizgu, klin odłamu dzielimy na bloki o pionowych ścianach bocznych.

2. Założenia

• Płaski stan odkształcenia

• Niezmienność parametrów wytrzymałościowych w czasie

• Jednakowe przemieszczenia wzdłuż całej powierzchni

• Wystąpienie jednocześnie wzdłuż całej powierzchni poślizgu granicznego stanu naprężeń wg hipotezy Coulomba-Mohra

• Wystąpienie w podstawie każdego bloku tylko gruntów jednego rodzaju

• Brak sił bocznych między blokami

• Powierzchnia poślizgu przechodzi przez dolną krawędź skarpy

3. Dobór położenia najniebezpieczniejszego środka obrotu:

1:n = 1:2,5



R₁ = 0,925*18 = 16,65m


R₂ = 2,025*18 = 36,45m




4. Podział bryły klina odłamu na bloki obliczeniowe:

Zasady podziału:

- ilość bloków: 11-13

- podstawa bloku musi znajdować się w gruncie jednego rodzaju

- górna powierzchnia bloku w całości obciążona lub nieobciążona

- podział pod środkiem obrotu




W wyniku podziału otrzymano 12 bloków obliczeniowych.

6. Sprawdzenie stateczności skarpy bez wody bez wody (przed wypełnieniem wykopu wodą)

1. Układ sił działający na klin odłamu i pojedynczy blok.

1. Po stronie lewej od środka obrotu




Ciężar bloku:




Siła wypadkowa działająca na blok:




Składowa czynna siły W_i (destabilizująca):




Reakcja podłoża:




Opór tarcia i spójności:




2. Po stronie prawej od środka obrotu




Ciężar bloku:




Siła wypadkowa działająca na blok:




Składowa czynna siły W_i (destabilizująca):




Reakcja podłoża:




Opór tarcia i spójności:




2. Przykładowe obliczenia

1. Dla bloku 7.





blok nie jest obciążony obciążeniem zewnętrznym: q=0








w podłożu bloku znajduje się grunt nie spoisty, dlatego c = 0

2. Dla bloku 11.





blok nie jest obciążony obciążeniem zewnętrznym: q=0








w podłożu bloku znajduje się grunt nie spoisty, dlatego c = 0




4. Zestawienie wyników w tabeli

L. p.	nr bloku	szerokość bloku	Pole przekroju bloku dla warstwy G z	Pole przekroju bloku dla warstwy Gp	Pole przekroju bloku dla warstwy Pg	ciężar bloku	q	wypadkowa obciążeń		składowa styczna	reakcja podłoża	l	opór tarcia i spójności bloku
		m	m^2	m^2	m^2	kN/m^3	kN/m	kN	^o	kN	kN	m	kN
1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.	9.	10.	11.	12.	13.	14.
1.	1	3,12	7,48	0	0	198,86	70	417,26	57	349,94	227,25	5,73	142,59
2.	2	2,64	12,65	4,22	0	446,83	70	631,63	51	490,87	397,50	4,20	62,75
3.	3	1,26	6,06	4,89	0	289,19	70	377,39	47	276,00	257,38	1,85	36,29
4.	4	0,98	4,71	4,93	0	254,35	0	254,35	44	176,68	182,96	1,36	26,04
5.	5	4,02	19,29	22,1	6,81	1268,72	0	1268,72	40	815,52	971,90	5,25	614,41
6.	6	6,52	22,78	35,83	35,15	2457,87	0	2457,87	32	1302,47	2084,39	7,69	1317,70
7.	7	6,52	6,02	35,62	56,8	2569,63	0	2569,63	22	962,60	2382,52	7,03	1506,16
8.	8	6,52	0	24,66	70,27	2472,69	0	2472,69	13	556,23	2409,31	6,69	1523,10
9.	9	6,52	0	7,7	76,73	2196,40	0	2196,40	4	153,21	2191,04	6,54	1385,12
10.	10	6,31	0	0	65,72	1708,49	0	1708,49	-4	-119,18	1704,33	6,33	1077,43
11.	11	6,31	0	0	43,88	1140,73	0	1140,73	-13	-256,61	1111,49	6,48	702,65
12.	12	6,31	0	0	15,73	408,92	0	408,92	-21	-146,55	381,76	6,76	241,34
									Suma sił czynnych kN	4561,21		Suma sił biernych kN	8635,60




6. Wskaźnik stateczności







5.10 Sprawdzenie warunku













Warunek stateczności skarpy dla skarpy niewypełnionej wodą został spełniony.

Skarpa bez wypełnienia woda jest stateczna.

7. Analiza stateczności skarpy wykopu po jego wypełnieniu wodą

1. Obwiednia ciśnień porowych wody.




2. Układ sił działający na klin odłamu i pojedynczy blok.

1. Po stronie lewej od środka obrotu




Ciężar bloku:




Siła wypadkowa działająca na blok:




Wypór:


u_i wypadkowa ciśnień porowych działających na dany blok odczytana z wykresu

Opór tarcia i spójności:




3. Przykładowe obliczenia

1. Dla bloku 7.

Stosując zasadę naprężeń efektywnych:





blok nie jest obciążony obciążeniem zewnętrznym: q=0





blok nie jest obciążony obciążeniem zewnętrznym: q=0








w podłożu bloku znajduje się grunt nie spoisty, dlatego c'= 0




5. Zestawienie wyników:

Lp	nr bloku	Szero- kość bloku	A dla G z	A dla Gp powyżej ZWG	A dla Gp poniżej ZWG	A dla Pr	ciężar bloku	efektywny ciężar bloku	ui	wypór	wypadkowa obciążeń	wypadkowa obciążeń efektywnych	składowa styczna	l	opór tarcia i spójności bloku
		m	m^2	m^2	m^2	m^2	kN/m^3	kN/m^3		kN	kN	kN	kN	m	kN
1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.	9.	10.	11	12	13	14	15	17
1.	1	3,12	7,48	0	0	0	198,86	198,86	0,00	0,00	417,26	417,26	349,94	5,73	141,09
2.	2	2,64	12,65	4,22	0	0	446,83	446,83	0,00	0,00	631,63	631,63	490,87	4,20	73,36
3.	3	1,26	6,06	4,05	0,84	0	286,27	278,03	6,54	8,24	374,47	366,23	273,87	1,85	42,81
4.	4	0,98	4,71	3,15	1,78	0	248,16	230,70	17,82	17,46	248,16	230,70	172,39	1,36	29,00
5.	5	4,02	19,29	12,86	9,24	6,81	1209,75	1052,30	39,17	157,45	1209,75	1052,30	777,61	5,25	549,89
6.	6	6,52	22,78	20,85	14,98	35,15	2267,20	1775,42	75,43	491,78	2267,20	1775,42	1201,43	7,69	1027,08
7.	7	6,52	6,02	20,64	14,98	56,8	2293,58	1589,42	108,00	704,16	2293,58	1589,42	859,19	7,03	1005,28
8.	8	6,52	0	9,68	14,98	70,27	2143,52	1307,22	128,27	836,30	2143,52	1307,22	482,19	6,69	868,87
9.	9	6,52	0	0,04	7,66	76,73	1867,20	1039,33	126,97	827,87	1867,20	1039,33	130,25	6,54	707,26
10	10	6,31	0	0	0	65,72	1449,33	804,62	102,17	644,71	1449,33	804,62	-101,10	6,33	547,54
11	11	6,31	0	0	0	43,88	967,69	537,23	68,22	430,46	967,69	537,23	-217,68	6,48	357,08
12	12	6,31	0	0	0	15,73	346,90	192,58	24,46	154,31	346,90	192,58	-124,32	6,76	122,65
												Suma sił czynnych:	4294,64	Suma sił biernych:	5471,90




6. Wskaźnik stateczności







7.5 Sprawdzenie warunku













Warunek stateczności skarpy dla wykopu skarpy wypełnionego wodą został spełniony.

Skarpa wykopu wypełnionego wodą jest stateczna.

8. Analiza wyników i wnioski

1. Wyniki:

Dla skarpy bez wypełnienia wykopu woda:







Warunek stateczności skarpy dla skarpy niewypełnionej wodą został spełniony.

Skarpa bez wypełnienia woda jest stateczna.

Dla skarpy z wykopem wypełnionym wodą:







Warunek stateczności skarpy dla wykopu skarpy wypełnionego wodą został spełniony.

Skarpa wykopu wypełnionego wodą jest stateczna.

W obu przypadkach warunki stateczności skarpy zostały spełnione. Skarpa jest więc stateczna, a jako konstrukcja budowlana pracuje poprawnie w zadanych warunkach.

2. Metody poprawy stateczności skarpy:

Zabezpieczenie terenów budowlanych przed osuwiskiem powinno być poprzedzone dokładnym rozpoznaniem warunków geologiczno-inżynierskich i przyczyn powstania ewentualnych osuwisk oraz analizą sposobu zabezpieczenia i kalkulacja jego kosztów.

Przyczyny osuwisk mogą wynikać ze zwiększonych sił osuwających: od ciężaru własnego gruntu i dodatkowych obciążeń budowlą lub wstrząsami, od ciśnienia spływowego i hydrostatycznego wody; oraz z niedostatecznej wytrzymałości gruntu na ścinanie.

W celu zabezpieczenia przed powstaniem osuwiska, ewentualnego osuwiska istniejącego przed dalszymi ruchami należy:

• Zabezpieczyć szczeliny w górnej części osuwiska przed dopływem wód

• Zlikwidować lokalne spływy, z jednoczesnym zapewnieniem odpływu wód drenażem skarpowym,

• Wyrównać i zagęścić przypowierzchniową warstwę gruntu,

• Wykonać powłokę nieprzepuszczalną

Jeśli te czynności nie wpłyną pozytywnie na poprawę stateczności należy, jeśli to możliwe zmniejszyć nachylenie skłonu skarpy, zastosować ściany oporowe, lub grunt należy wzmocnić zastrzykami.

3

15

---