Zenon PILECKI Rozpoznanie metodą sejsmiczną stanu...

WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

669

Mat. Symp. str. 669 – 679

Zenon PILECKI Polska Akademia Nauk IGSMiE, Kraków

Rozpoznanie metodą sejsmiczną stanu podłoża obwałowań

przeciwpowodziowych

Streszczenie

W pracy przedstawiono sposób rozpoznania stanu i struktury podłoża obwałowań przeciw-powodziowych za pomocą metody sejsmicznej. Podstawowymi wyznaczanymi parametrami sejsmicznymi są prędkość refrakcyjnej fali typu P oraz współczynnik tłumienia refrakcyjnej fali typu P i fali bezpośredniej w strefie aeracji ośrodka gruntowego. Omówiono efektywność pomiarów sejsmicznych w kontekście czynników mających wpływ na utratę stateczności obwałowania przeciwpowodziowego. Przedstawiono przykłady pomiarów sejsmicznych wyko-nanych dla obwałowań przeciwpowodziowych.

1. Wprowadzenie

Wały przeciwpowodziowe nazywane również obwałowaniami mają na celu ochronę

terenów w okresie powodzi. Obwałowania te w odróżnieniu od zapór ziemnych, pracują

okresowo i powinny zachować stateczność w czasie długotrwałych wysokich stanów wód

o przewidywanej wysokości, czasie jej narastania i trwania. Budowle te w zależności od ich

geometrii, właściwości materiału korpusu oraz właściwości i struktury podłoża posiadają

zróżnicowaną odporność na oddziaływanie wód. Obwałowania są wykonane z lokalnych

materiałów, często niedostatecznie zagęszczonych, o przypadkowej, niejednorodnej strukturze.

W okresie powodzi, w korpusie wału zachodzi proces filtracji wody o charakterze nie-

ustalonym, którego intensywność zależy od przepuszczalności i gradientu hydraulicznego.

Sposób filtracji wody przez korpus wału i jej wpływ na stateczność wału komplikuje się

w przypadku przepuszczalnego podłoża.

Rozpoznanie zjawiska filtracji i jego efektów należy do trudniejszych zagadnień

badawczych. Do bardziej efektywnych metod tego rozpoznania należy zaliczyć modelowania

fizyczne lub numeryczne oraz badania geofizyczne.

2. Przyczyny utraty stateczności obwałowania przeciwpowodziowego

Generalnie, obwałowanie przeciwpowodziowe może utracić stateczność z różnych

przyczyn, wśród których należy wymienić (Gilvear i in. 1994; Considerations... 1995; Poradnik

... 1999; Borys i Mosiej 2003):

- rozmycie korpusu obwałowania w efekcie przepływu wezbranych wód ponad jego koroną.

Przepływ wody ponad koroną obwałowania może wynikać z niewłaściwej oceny objętości

przepływającej wody lub z obniżenia wysokości obwałowania z różnych przyczyn związanych

z niekorzystnym stanem mechanicznym korpusu obwałowania;

- utrata stateczności w wyniku nieustalonego przepływu wody przez korpus obwałowania

(przeciekania). Przeciekanie powoduje wystąpienie zjawiska uprzywilejowanej drogi prze-

Z. PILECKI – Rozpoznanie metoda sejsmiczną stanu podłoża obwałowań...

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

670

pływu, nazywanej również wewnętrzną erozją. Zjawisko to pojawia się, gdy prędkość filtracji

jest wystarczająca do transportu cząsteczek gruntu. W zwięzłym ośrodku gruntowym, kanały

przepływu tworzą się w strefach osłabienia właściwości wytrzymałościowych. Rozwój tego

procesu polega na poszerzaniu się kanału przepływu w kierunku od wylotu w korpusie obwało-

wania. W warunkach małych oporów przepływu umożliwiających szybszy rozwój procesu,

następuje przyspieszenie procesu „kanałowania”. Do ośrodków, które są najbardziej skłonne

do tworzenia kanałów należy zaliczyć muł i drobne piaski. Jednym ze środków przeciwdzia-

łania temu zjawisku jest odpowiednio zaprojektowany system przesłon filtracyjnych i drenów;

- utrata stateczności układu obwałowanie – podłoże w wyniku rozwoju powierzchni poślizgu.

Do zniszczenia w układzie obwałowanie – podłoże może dojść w warunkach umożliwiających

rozwój powierzchni poślizgu (rys. 2.1). Istotnym czynnikiem w tym procesie jest ciśnienie

porowe w ośrodku. Wzrost tego ciśnienia powoduje zmniejszenie wytrzymałości na ścinanie

i tym samym zmniejszenie oporów dla działających sił. Jeżeli podłoże jest dobrej jakości

i nieprzepuszczalne, to generalnie zniszczenie może wystąpić jedynie wewnątrz obwałowania.

Jeżeli obwałowanie obciąża słaby ośrodek, to właściwości tego ośrodka decydują o state-

czności całego układu obwałowanie – podłoże. W takich warunkach może rozwijać się proces

niszczenia w podłożu, potencjalnie w strefie o najsłabszych właściwościach wytrzymało-

ściowych. Proces niszczenia związany z tworzeniem się powierzchni poślizgu przebiega

w sposób charakterystyczny (rys. 2.2). Początek tego procesu zachodzi w podłożu i teorety-

cznie rozwija się wewnątrz obwałowania i w kierunku powierzchni terenu w bezpośrednim

sąsiedztwie linii podstawy. Istotny jest wpływ obciążeń dynamicznych na zachowanie się

układu obwałowanie-podłoże. Generalnie, intensywne drgania mogą doprowadzić do uwodnie-

nia ośrodka i osłabienia jego wytrzymałości na ściskanie;

- utrata stateczności w wyniku silnie zróżnicowanych właściwości i budowy podłoża.

W warunkach słabszego podłoża, zdolnego do konsolidacji w wyniku jego obciążenia obwało-

waniem, występuje przemieszczenie materiału obwałowania. Jeżeli podłoże jest niejednorodne,

a zwłaszcza występują stromo nachylone granice pomiędzy fragmentami ośrodka o znacząco

różnych właściwościach mechanicznych, przemieszczenia w ośrodku mogą być zróżnicowane

i w efekcie w korpusie obwałowania może wystąpić pęknięcie. Obniżenie wysokości korony

obwałowania oraz deformacje w kierunku zbliżonym do poprzecznego do osi stwarzają

zagrożenie utraty stateczności w warunkach przepływu wezbranych wód;

- utrata stateczności w wyniku wymywania gruntu pod wałami (kurzawka). W przepu-

szczalnym podłożu, w strefach wypływu wód gruntowych mogą występować duże prędkości

przepływu, które spowodują unoszenie cząsteczek gruntu ku powierzchni. W efekcie mogą

powstać pustki i kawerny w podłożu gruntowym pod wałem. W dłuższym okresie, zjawisko to

może doprowadzić do osiadania, a nawet przerwania korpusu obwałowania. Zjawisko

występuje głównie w równoziarnistych sypkich osadach piaszczystych;

- niszczenie korpusu obwałowania w wyniku działalności zwierząt i oddziaływania systemów

korzeniowych drzew. W zachowaniu stateczności obwałowania duże znaczenie posiada roślin-

ność. Dobrze rozwinięte systemy korzeniowe roślin krzaczastych i trawiastych sprzyjają

zachowaniu stateczności poprzez poprawę właściwości wytrzymałościowych materiału. Natomiast

wyższe drzewa mogą negatywnie oddziaływać na stateczność układu obwałowanie – podłoże.

W warunkach działania sił wywołanych podmuchami wiatru, systemy korzeniowe drzew mogą

przyczynić się do osłabienia ośrodka tworząc drogi filtracji wody. Do zniszczenia obwało-

wania mogą się również przyczynić zwierzęta ryjące korytarze i komory takie jak bobry, lisy,

borsuki, a także nornice, krety itp. Wydrążone przez te zwierzęta drogi przejścia mogą być

uprzywilejowanymi drogami przepływu wód w okresie zawodnienia korpusu obwałowania.


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

671

Rys. 2.1. Sposób utraty stateczności układu obwałowanie – podłoże w wyniku rozwoju powierzchni poślizgu; a) stan równowagi w warunkach filtracji wód gruntowych grawitacyjnych, b) warunki

filtracji w okresie powodzi, c) utrata stateczności w wyniku poślizgu materiału Fig. 2.1. The way of stability loss of embankment-soil basement system in result of slide surface

development; a) state of equilibrium in condition of gravitational water filtration; b) water filtration in flood condition; c) loss of embankment stability as a result of slide process

Jakość korpusu obwałowania i jego podłoża można rozpoznawać metodami geofizycznymi.

Efektywność tych badań w dużym stopniu zależy od rozwoju procesu niszczenia i właściwości

ośrodka.


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

672

Rys. 2.2. Charakter zmian składowej poziomej przemieszczenia w warunkach statycznego oddziaływania wód powodziowych na obwałowanie, a) model geologiczny (podłoże przepuszczalne); b) rozkład

składowej poziomej przemieszczenia przed powodzią, c) rozkład składowej poziomej przemieszczenia w czasie powodzi

Fig. 2.2. Characteristic changes of horizontal displacement component in condition of static water influence on embankment; a) geological model (permeable soil basement); b) distribution of horizontal displacement component before flood; c) distribution of horizontal displacement component after flood

3. Zastosowanie metod geofizycznych do oceny stanu obwałowania

Do oceny stanu obwałowania i jego podłoża, w tym dla zapór ziemnych, wykorzystuje się

szeroko metody geofizyczne. W literaturze krajowej i zagranicznej znane są zastosowania

metody georadarowej, elektrooporowej, grawimetrycznej, geotermicznej i sejsmicznej (np.

Dokumentacja 2000 i 2004; Larsson i Mattsson 2003; Madej 1992; Mościcki 1992; Ślusarczyk

1992). Metody te należą do metod nieniszczących, pozwalających na prowadzenie rozpoznania

w sposób ciągły i względnie atrakcyjny ekonomicznie. Należy podkreślić, że wyniki pomiarów

geofizycznych mają na ogół charakter jakościowy i nie pozwalają na wyznaczenie w sposób

bezpośredni parametrów, których używa się w obliczeniach konstrukcyjnych. Oceny ilościowe

są możliwe jedynie w przypadku wyskalowania mierzonych parametrów geofizycznych

z parametrami geotechnicznymi w konkretnych warunkach.

Generalnie, metoda sejsmiczna jest wykorzystywana do rozpoznania stanu korpusu

obwałowania, struktury ośrodka i litologii, lokalizacji zwierciadła wód gruntowych, lokalizacji

stref anomalnych związanych z osłabieniem lub wzmocnieniem właściwości ośrodka grunto-

wego, a także wyznaczeniem dynamicznych właściwości mechanicznych ośrodka. W tym celu

używane są techniki profilowania refrakcyjnego, refleksyjnego oraz różne typy prześwietlania.


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

673

Podstawowymi bezpośrednimi parametrami wyznaczanymi z pomiarów sejsmicznych są

prędkość fali P i S oraz współczynniki tłumienia fal sejsmicznych. Parametry te zależą od

wielu cech ośrodka gruntowego, z których do najistotniejszych należy zaliczyć porowatość,

gęstość, skład mineralny, wypełnienie przestrzeni porowej mediami oraz budowa geologiczna

ośrodka. Istotnym czynnikiem jest również stan naprężenia. W ośrodku nieskonsolidowanym

prędkość fal ze wzrostem głębokości wyraźnie się zwiększa. Ilustracją (rys. 3.1) tej zależności

może być zmiana prędkości fal P i S w nieskonsolidowanym piasku (Bachrach i in. 1998). Na

ogół w rozwiązywaniu przypowierzchniowych zadań inżynierskich, pomiary sejsmiczne tak się

projektuje, aby wpływ naprężenia był pomijalny. Zakłada się również, że procesy termody-

namiczne w konkretnych warunkach pomiarowych mają równomierny wpływ na sposób

rozchodzenia się fal sejsmicznych.

Rys. 3.1. Zmiana prędkości fal P i S (odpowiednio Vp i Vs) ze wzrostem głębokości w nieskonsolidowanym piasku (Bachrach i in. 1998)

Fig 3.1. Changes of P – wave and S – wave velocity with depth increase in unconsolidated sand (Bachrach et al. 1998)

W warunkach rozwoju procesu niszczenia prowadzącego do utworzenia się powierzchni

poślizgu i w efekcie utraty stateczności układu podłoże – obwałowanie, charakterystyczne

zmiany właściwości gruntu zachodzą nie tylko w korpusie obwałowania, lecz również

w podłożu. Proces niszczenia jest bardziej intensywny w przypadku podłoża przepuszczalnego.

Badania sejsmiczne pozwalają na lokalizację takich stref osłabienia w podłożu, które można

identyfikować z efektami procesu niszczenia.

Należy podkreślić, że wynik interpretacji sejsmicznej oraz innych metod geofizycznych ma

charakter wieloznaczny. Anomalne zmiany parametrów sejsmicznych mogą wynikać z różnych

przyczyn. Na przykład strefa obniżonej prędkości fali refrakcyjnej typu P może być efektem

zmian w litologii, lub większej porowatości materiału, albo rozwiniętej strefy zniszczenia

ośrodka. Wyniki badań sejsmicznych wymagają korelacji, najkorzystniej z danymi z otworów

badawczych, lub z inną odpowiednio dobraną do warunków metodą geofizyczną lub geote-

chniczną.

Dla zilustrowania charakteru informacji uzyskiwanej z badań sejsmicznych, w dalszej

części pracy opisano przykład pomiarów sejsmicznych w podłożu obwałowania przeciwpowo-

dziowego.

Głę

bo

ko

ść (

m)

Prędkość fali P (m/sec)

0

1

2

3

4

5

6

350

7

50 100

Vp

200 250 300150

Vs

08


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

674

4. Przykład badania stanu podłoża obwałowania za pomocą metody sejsmicznej

4.1. Wprowadzenie

Badania sejsmiczne miały na celu rozpoznanie stanu mechanicznego podłoża w strefie

aeracji oraz rozpoznania granic sejsmicznych w części przypowierzchniowej ośrodka. Badania

te zostały wykonane na wybranych odcinkach obwałowań przeciwpowodziowych wzdłuż ich

podstawy, na rzekach Dunajec, Raba i Wisła (Dokumentacja... 2004). Pomiary przeprowa-

dzono w miesiącach listopadzie i grudniu 2003 roku. W pracy przedstawiono jedynie dwa

przykłady z kilkudziesięciu pomiarów wykonanych wzdłuż obwałowań o łącznej długości

profili sejsmicznych około 4400 m.

Dane sejsmiczne przetworzono i analizowano pod kątem zmian refrakcyjnej prędkości fali

P oraz zmian współczynników tłumienia maksymalnej amplitudy fali bezpośredniej i refra-

kcyjnej typu P w strefie aeracji. Wynikiem interpretacji był model ośrodka z zaznaczonymi

zmianami prędkości fali refrakcyjnej oraz zmianami współczynnika tłumienia. Na podstawie

zmian współczynnika tłumienia skonstruowano sejsmiczną skalę jakości gruntu. Wprowa-

dzono również jakościowy opis charakteru zmian warunków wodnych i właściwości

mechanicznych ośrodka.

4.2. Metodyka badań

Pomiary sejsmiczne zostały przeprowadzone za pomocą techniki profilowania refrakcyj-

nego. Profile sejsmiczne położone były wzdłuż linii podstawy obwałowania z jego obu stron –

międzywala (od strony rzeki) i zawala. Przyjęto następujące podstawowe parametry pomiaru:

długość rozstawu:115 m, odstęp między czujnikami: 5 m, próbkowanie sygnału – 0,125 ms,

czas rejestracji – 0,512 sek., wzbudzanie fali sejsmicznej – uderzenie 6 kg młotem w płytkę,

składanie pionowe – 5-8 krotne.

Pomiary przeprowadzono za pomocą 24. kanałowej aparatury sejsmicznej Geode produkcji

USA. Aparatura ta charakteryzuje się dynamiką 144 dB i rozdzielczością 24 bitów. Do

pomiarów wykorzystano geofony o częstotliwości własnej 14 Hz produkcji Geospace, USA.

System pomiarowy był obsługiwany za pomocą oprogramowania MGOS v8.15 – (ang.

Multiple Geode Operation System) firmy Geometrics Inc. produkcji USA.

Wstępne przetwarzanie danych refrakcyjnych profilowań sejsmicznych wykonano przy

pomocy programu „PickWin95” (prod. OYO). Przetwarzanie to polegało na sortowaniu tras,

składaniu, filtracji częstotliwościowej 20 Hz – 140 Hz, (20 dB/oct), filtracji prędkościowej,

wyznaczeniu czasów „wejścia” fali bezpośredniej i pierwszych „wejść” fali refrakcyjnej.

Wstępnie opracowane pliki zostały w kolejnym etapie przetworzone w programie interpreta-

cyjnym „Plotrefa” (prod. OYO). W programie tym dane sejsmiczne uzupełniono opisem

ukształtowania terenu wzdłuż profili sejsmicznych, współrzędnymi położenia czujników

i punktów wzbudzania fali, a następnie obliczono model prędkościowy i głębokościowy za

pomocą uogólnionej metody czasu wzajemnego GRM (ang. Generalized Reciprocal Method).

Korekty modelu dokonano metodą analizy odwrotnej. Zmieniając położenie granic modelu

głębokościowego dopasowano hodografy obliczone do obserwowanych w taki sposób, aby

średni błąd kwadratowy był minimalny.

Tłumienie fal sejsmicznych analizowano pod kątem zaniku z odległością od źródła

maksymalnych amplitud bezpośredniej fali P w pierwszej warstwie i refrakcyjnej fali

P z drugiej warstwy w strefie aeracji. Obliczenia współczynnika tłumienia maksymalnej


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

675

amplitudy fali P przeprowadzono w następujących etapach:

a) wyznaczono maksymalne wartości amplitudy fal P, w I i II warstwie modelu

sejsmicznego ośrodka na rejestracjach dla poszczególnych geofonów w polu

dalekim,

b) znormalizowano maksymalne amplitudy,

c) obliczono współczynniki tłumienia z aproksymacji liniowej danych pomiaro-

wych w układzie logarytmicznym.

4.3. Wyniki pomiarów sejsmicznych i ich analiza

Ze względu na charakter hodografów, na etapie przetwarzania i interpretacji danych

sejsmicznych refrakcyjnych przyjęto trzywarstwowy model ośrodka. Dwie pierwsze warstwy

znajdowały się w strefie aeracji, a warstwa trzecia była zawodniona (strefa saturacji).

Na podstawie doświadczeń z badań sejsmicznych prowadzonych w podłożu obwałowań

rzek Wisły, Dunajca i Raby, zakres zmian współczynników tłumienia został podzielony na 8

klas. Interpretacja tego podziału została przedstawiona na rysunku 4.1. Opracowana skala

pozwoliła wyróżnić strefy anomalne stanu mechanicznego w ośrodku. W tych strefach

zaproponowano miejsca do odwiercenia otworów badawczych w celu potwierdzenia wskazań

metody sejsmicznej.

Rys. 4.1. Skala współczynnika tłumienia Fig. 4.1. A scale of attenuation coefficient

Przykład I – pomiar sejsmiczny w Wietrzychowicach na odcinku obwałowań rzeki Dunajec

Wyniki badań przedstawiono na przykładzie profilu sejsmicznego AA’ od strony zawala na

rysunku 4.2 i profilu sejsmicznego BB’ od strony międzywala na rysunku 4.3.

Prędkości VP w warstwie pierwszej zmieniają się od 140 m/s m/s do 210 m/s. Grubość tej

warstwy zmienia się od 1,2 m do 2,1 m. Warstwę tą można korelować z warstwami gleby

i gliny. W drugiej warstwie prędkości refrakcyjne VP zmieniają się od 416 m/s do 460.

Grubość warstwy drugiej zmienia się od 3,0 m do 6,5 m. Warstwę tą można korelować

z warstwami gliny zapiaszczonej. W warstwie trzeciej prędkość fali refrakcyjnej typu P zmienia

się od 1827 m/s do 1839 m/s. Głębokość zalegania warstwy trzeciej zmienia się od 4,5 m do

8,5 m. Prawdopodobnie warstwę tą tworzy zawodniona pospółka.

0,250

0,235

0,220

0,205

0,190

SKALA ZMIANWSP. TŁUMIENIA

0,175

0,160

0,1450,130

niezwykle słaba

wyjątkowo słaba

słaba

bardzo słaba

średnio dobra

średnia

bardzo dobra

dobra


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

676

Rys. 4.2. Refrakcyjny przekrój sejsmiczny od strony zawala; a) model ośrodka z zaznaczonymi zmianami prędkości refrakcyjnych; b) model ośrodka z zaznaczonymi zmianami współczynnika tłumienia [4] Fig. 4.2. Seismic refraction cross-section from leeward, a) model of medium with indicated changes

of refraction velocities, b) model of medium with indicated changes of attenuation coefficient [4]

Rys. 4.3. Refrakcyjny przekrój sejsmiczny od strony międzywala; a) model ośrodka z zaznaczonymi zmianami prędkości refrakcyjnych; b) model ośrodka z zaznaczonymi

zmianami współczynnika tłumienia [4]

Fig. 4.3. Seismic refraction cross-section from riverward, a) model of medium with indicated changes

of refraction velocities, b) model of medium with indicated changes of attenuation coefficient [4]


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

677

Z badań wynika, że warunki wodne są średnio zmienne, a strefy anomalne słabo się

zaznaczają. Współczynnik tłumienia w strefie aeracji po stronie międzywala zmienia się od

0,152 do 0,196 natomiast po stronie zawala zmienia się od 0,156 do 0,175. Zmienność tego

współczynnika wskazuje na klasę gruntu od słabej do średniej.

Przykład II – pomiar sejsmiczny w Bogucicach na odcinku obwałowania rzeki Raby

Wyniki badań przedstawiono na przykładzie profilu sejsmicznego AA’ od strony zawala na

rysunku 4.4 i profilu sejsmicznego BB’ od strony międzywala na rysunku 4.5.

Interpretacja litologiczna dla tego profilu jest podobna jak w przykładzie I, przy czym

warstwy druga i trzecia prawdopodobnie zawierają mniej materiału ilastego. Prędkości fali

P w warstwie pierwszej zmieniają się od 140 m/s do 220 m/s.

Grubość tej warstwy zmienia się od 1,5 m do 3,0 m. W drugiej warstwie prędkości

refrakcyjne VP zmieniają się od 500 m/s do 600 m/s. Grubość warstwy drugiej zmienia się od

4,4 m do 6,4 m. W warstwie trzeciej prędkość fali refrakcyjnej typu P zmienia się od 1800 m/s

do 1900 m/s. Głębokość zalegania warstwy trzeciej zmienia się od 6,0 m do 9,2 m.

Z pomiarów wynika, że warunki wodne są silnie zmienne, a strefy anomalne wyraźnie się

zaznaczają. Współczynnik tłumienia po stronie międzywala zmienia się od 0,179 do 0,194

natomiast po stronie zawala zmienia się od 0,177 do 0,197. Współczynnik tłumienia w strefie

aeracji po stronie międzywala zmienia się od 0,152 do 0,196 natomiast po stronie zawala

zmienia się od 0,156 do 0,175. Zmienność tego współczynnika wskazuje na klasę gruntu od

słabej do dobrej.

Rys. 4.4. Refrakcyjny przekrój sejsmiczny od strony zawala, a) model ośrodka z zaznaczonymi zmianami prędkości refrakcyjnych, b) model ośrodka z zaznaczonymi zmianami współczynnika tłumienia [4]

Fig. 4.4. Seismic refraction cross-section from leeward, a) model of medium with indicated changes of refraction velocities, b) model of medium with indicated changes of attenuation coefficient [4]


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

678

Rys. 4.5. Refrakcyjny przekrój sejsmiczny od strony międzywala a) model ośrodka z zaznaczonymi zmianami prędkości refrakcyjnych, b) model ośrodka z zaznaczonymi zmianami współczynnika tłumienia [4]

Fig. 4.5. Seismic refraction cross-section from riverward, a) model of medium with indicated changes of refraction velocities, b) model of medium with indicated changes of attenuation coefficient [4]

Generalnie na badanych odcinkach obwałowań występują liczne strefy anomalne, które

mają wpływ na stateczność obwałowań. Strefy te należy interpretować w sposób wieloznaczny

jako odcinki podłoża o słabszych właściwościach mechanicznych lub silniejszych w porówna-

niu do otaczającego ośrodka. Wydzielenie strefy było związane z wyraźnymi zmianami

położenia zwierciadła wody, które mogą sugerować wyraźne zmiany litologii lub wskazywać

na drogi filtracji wody.

5. Podsumowanie

W warunkach rozwoju procesu niszczenia prowadzącego do utworzenia się powierzchni

poślizgu i w efekcie utraty stateczności układu podłoże – obwałowanie, charakterystyczne

zmiany właściwości gruntu zachodzą nie tylko w korpusie obwałowania, lecz również w pod-

łożu. W pracy pokazano ten efekt na przykładzie modelowania numerycznego. Badania sejsmi-

czne pozwalają na lokalizację takich stref osłabienia w podłożu, które można identyfikować

z efektami procesu niszczenia. Efektywność tych badań zależy od stopnia rozwoju procesu

niszczenia i właściwości ośrodka. Należy podkreślić, że wyniki badań geofizycznych procesu

niszczenia wykonanych w korpusie obwałowania oraz w podłożu mogą się zasadniczo różnić.

W przedstawionych przykładach badań sejsmicznych przyjęto metodykę profilowania

refrakcyjnego, która pozwala na standaryzację pomiaru współczynnika tłumienia w strefie

aeracji podłoża. Na podstawie kilkudziesięciu pomiarów w różnych warunkach opracowano

skalę współczynnika tłumienia do oceny stanu gruntu w podłożu obwałowania przeciwpowo-

dziowego. Skala ta wymaga dalszej weryfikacji, a zwłaszcza korelacji z parametrami geote-

chnicznymi gruntów.

Istotną informację geofizyczną dostarczają również zmiany prędkości fal refrakcyjnych.

W badaniach stanu podłoża obwałowań należałoby wyznaczać oba parametry prędkość fali

i współczynnik tłumienia.


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

679

Literatura

[1] Bachrach R., Dvorkin J., Nur A. 1998: High resolution shallow seismic experiments in sand. High-

resolution shallow-seismic experiments in sand, Part II: Velocities in shallow unconsolidated sand. Geophysics, vol. 63, issue 4, 1234 – 1240.

[2] Considerations EM 1110-2-1908, 1995: Behavior of embankments and abutments. [3] Dokumentacja 2000: Wykonanie pomiaru testującego mozliwośc zastoswania techniki georada-

rowej dla oceny warunków strukturalnych I jednorodności korpusu obwałowań przeciwpowodzio-wych. Bylica K. i in., Geopartner Sp z o.o. , Kraków, (praca niepublikowana).

[4] Dokumentacja 2004: Wyniki pomiarów sejsmicznych na wybranych odcinkach wałów przeciw-powodziowych w województwie małopolskim. Pilecki Z. i in., IGSMiE PAN, Kraków, (praca niepublikowana).

[5] Gilvear D. J., Davies J. R., Winterbottom S. J. 1994: Mechanism of floodbank failure during large flood events on the rivers Tay and Earn, Scotland. Quaterly Journal of Engineering Geology 27, 319 – 332.

[6] Larsson i Mattsson 2003: Settlements and shear strength increase below embankments. Report no 63 Swedish Geotechnical Institute, Linkoping.

[7] Madej J. 1992: Badanie zapór ziemnych metodą grawimetryczną. Zeszyty Naukowe AGH, Geofizyka stosowana z. 12, Kraków.

[8] Mościcki J. 1992: Badanie zapór ziemnych na przykładzie zapory Chańcza. Zeszyty Naukowe AGH, Geofizyka stosowana z. 12, Kraków.

[9] Poradnik projektowania obwałowań rzecznych, red. Ludwiczyńska A. 1999, Wrocław. [10] Ślusarczyk R. 1992: Badanie zapór ziemnych, betonowych metodami sejsmiki powierzchniowej

i otworowej. Zeszyty Naukowe AGH, Geofizyka stosowana z. 12, Kraków.

Seismic recognition of soil basement state of embankments

In the paper, technique and examples of seismic investigations on recognition of state and structure of embankment soil basement have been described. The basic determined seismic parameters are refraction P-wave velocity and attenuation coefficient. Seismic technique was especially designed to determine attenuation of soil medium in aerial zone. A scale of attenuation coefficient has been worked out on the basis of some tens of measurements. Effectivity of seismic investigations in the context of failure conditions has been described. Two examples of recognition of soil basement state and its structure along Dunajec and Raba rivers embankments have been presented.

Przekazano: 28 marca 2004 r.

Zenon PILECKI Rozpoznanie metodą sejsmiczną stanu...

Documents

Transcript of Zenon PILECKI Rozpoznanie metodą sejsmiczną stanu...