Klasyfikacja podłoża na terenach nieustabilizowanych lub parasejsmicznych

Najczęściej stosowaną i wykorzystywaną klasyfikacją podłoża jest podział terenów górni­

czych na kategorie w zależności od wartości spodziewanych, prognozowanych deformacji powierzchni terenu (tab.l) [44], Kategoria terenów górniczych podaje przedział dopuszczal­

nych wahań, zmian poszczególnych deformacji w ramach danej klasy zagrożenia dla budowli inżynierskiej. Można powiedzieć, że w przedziale każdej kategorii jest dopuszczalny pewien szum informacyjny, niedokładność obliczeń lub losowość pomierzonych i opracowanych statystycznie wyników obserwacji terenowych. W praktyce wykorzystujemy więc nie tyle ciągłe, deterministyczne wielkości, a raczej wielkości wypadkowe, dyskretne o charakterze impulsu.

Podział terenów budowlanych na kategorie ze względu na potencjalne zagrożenia destabi­

lizacją podłoża pod budowlą jest dobrym rozwiązaniem również w przypadku innych, zwłaszcza nieciągłych deformacji. Przykładem może być klasyfikacja Ledwonia wyróżniająca kategorie zapadlisk [79] (tab.2). Za podstawę tej klasyfikacji przyjęto największe wymiary zapadlisk zarejestrowane na powierzchni terenu. Właśnie te wymiary rzutują na stateczność budowli zlokalizowanej nad zapadliskiem, a ich wielkości wahają się w ogólnym przedziale rzędu 1 do 10 m, przy czym wyraźnie zarysowuje się znacznie większy odsetek (62%) zapa­

Specjalną, wielofunkcyjną rolę spełnia podział oddziaływań wstrząsów sejsmicznych bądź parasejsmicznych, pochodzących od zawałów wyrobisk górniczych lub robót strzałowych, na budowle posadowione w zasięgu tych oddziaływań [95] (tab.3). Spośród wielu skal intensyw­

ności wstrząsów w naszych warunkach najszersze zastosowanie znalazła skala MSK obej­

mująca nie tylko charakterystykę wstrząsów, ale także ich wpływ na otoczenie, zwłaszcza na budynki i budowle inżynierskie. Korzystając z tabeli pomijamy więc niezwykle złożone ele­

menty analizy wpływu wstrząsów na ustrój budowlany, takie jak:

- przekazywanie wstrząsów poprzez podłoże i fundament; zagadnienia tłumienia fal, - odporność konstrukcji na drgania wzbudzone wstrząsami; problemy rezonansu, - stan zagrożenia budowli; zakres uszkodzeń.

Już na przykładzie tych trzech tabel można wykazać ogólną, o teoretycznym zabarwieniu, tezę, że klasyfikacje - to sposób na sprowadzenie do wspólnego mianownika procesów de­

terministycznych i probabilistycznych. Podana w tabeli 1 klasyfikacja dotyczy ewidentnie deterministycznego procesu osiadania powierzchni terenu w wyniku likwidacji podziemnych wyrobisk górniczych. Proces przebiega w czasie wykonywania robót podziemnych zgodnie z kierunkiem przebiegu ich frontu, najczęściej wraz z postępem frontu eksploatacji górniczej.

Przebieg procesu jest zgodny z założeniami rachunku dystrybucyjnego, który opisuje: wy­

padkowy, ilościowy wynik zachodzących zjawisk, wielkości następujących po sobie impul­

sów obniżenia terenu wraz z towarzyszącymi tym impulsom deterministycznie przebiegają­

cymi zjawiskami nachylenia terenu czy przemieszczenia - rozluźnienia lub zagęszczenia - podłoża. Omawiana tabela nie ujmuje jednak, jako szumu informacyjnego, takich zjawisk, jak nieregularny przebieg procesu, jego lokalne zaburzenia charakterystyczne dla procesów pro­

babilistycznych, losowych.

Właśnie tabela 2 jest z kolei przykładem klasyfikacji opartej na pomiarach i ich opraco­

waniu statystycznym. Miejsca występowania zapadlisk, a zwłaszcza ich wymiary w rzucie są niewątpliwie zjawiskami losowymi, a szczególnie pojawienie się zapadliska w zasięgu od­

działywania na budowlę inżynierską - to przypadek całkowicie nieprzewidywalny. Klasyfi­

kacja zapadlisk jest więc interpretacją trendu, wypadkowej zachodzącego probabilistycznie procesu. Mimo że źródłem zapadlisk są górnicze roboty podziemne, to jednak nie ma żadnego związku deterministycznego między tymi robotami i pojawieniem się zapadlisk. Podobnie przedstawia się również sprawa z innymi rodzajami ubocznych, lokalnych wpływów robót górniczych na deformację powierzchni terenu. Można wśród nich wymienić takie zjawiska, jak:

- pojawienie się progów w miejscach nieciągłych, uskokowych obniżeń terenu, - dodatkowe osiadanie podłoża w wyniku odwodnienia górotworu,

wstrząsy wywołane robotami strzałowymi,

- dynamiczne oddziaływania wywołane gwałtownym łamaniem się warstw stropowych nad wyrobiskami górniczymi wraz z wyzwoleniem się skumulowanej energii sprężystej.

O ile dwa pierwsze zjawiska są dopiero analizowane, rozpoznawane pod katem ich usyste­

matyzowania i sklasyfikowania dla potrzeb budownictwa, o tyle dwa ostatnie zostały zaliczo­

ne do zjawisk parasejsmicznych i wpisane do już istniejącej klasyfikacji sejsmicznych trzę­

sień ziemi.

Podana w tabeli 3 klasyfikacja trzęsień ziemi jest wynikiem oceny ich skutków i ciągłej rejestracji rozchodzenia się fal sejsmicznych. Mamy tu do czynienia z procesem, którego źró­

dłem jest całkowicie przypadkowe, losowe zjawisko wybuchu lub gwałtownego ruchu skoru­

py ziemskiej, a następstwem - rozchodzenie się fal sejsmicznych jako regularnie przebiegają­

ce zjawisko cykliczne. Rozchodzenie się fal jest więc procesem probabilistycznym, ale o wy­

raźnie określonym trendzie co do kierunku ruchu fal i wielkości ich prędkości bądź przyspie­

szeń. Trendy, wypadkowe wszystkich trzech rodzajów fal - podłużnej, poprzecznej i po­

wierzchniowej - są opisywane funkcjami ciągłymi jako procesy deterministyczne, umożli­

wiające wykonywanie obliczeń i projektowanie konstrukcji obciążonych dynamicznymi od­

działywaniami podłoża wzbudzonego parasejsmicznie.

Odrębnym zagadnieniem jest przystosowanie zakresu poszczególnych kategorii podłoża czy skali wstrząsów do zróżnicowanych rodzajów konstrukcji inżynierskich. Tylko niektóre konstrukcje zachowują się podobnie jak budynki, na ogół mamy do czynienia z obiektami zdecydowanie odbiegającymi od ustrojów przestrzennych posadowionych w zasięgu zwartej strefy podłoża budowlanego. Budowle rozbudowane na dużych powierzchniach lub znacznie

waża się więc propozycje znowelizowania bądź uzupełnienia istniejących klasyfikacji pod kątem ich przystosowania do bardziej konkretnie sprecyzowanych charakterystyk budowli.

Tego typu działanie wydaje się jednak zbyt złożone, a w konsekwencji mało skuteczne. Nad­

miernie rozbudowane klasyfikacje mogą być źródłem istotnych pomyłek merytorycznych i zamiast ulepszyć istniejący system, znacznie go pogorszą. W takim systemie muszą się poja­

wić rozbudowane elementy przyjmowanych kryteriów subiektywnych, które będą obniżać wartość czynników obiektywnych, rzeczywistych decydujących o zachowaniu całego układu - budowla i jego podłoże. W tej sytuacji wydaje się, że zamiast rozbudowywania istniejących lub tworzenia nowych klasyfikacji należy wykorzystać system ciągłych bądź okresowych obserwacji, bądź pomiarów terenowych, które nie tylko znacznie wzbogacą system progno­

zowania czy oceny przebiegu procesu, ale przede wszystkim dostarczą bieżących, obiektyw­

nych informacji o jego charakterze, a szczególnie o skutkach, jakie on wywoła w monitoro­

wanym punkcie, zwłaszcza w znajdującym się tam obiekcie inżynierskim.

Przykładowo, wykorzystując macierz przejść Markowa zgodnie z procedurami paragrafu 2.6., możemy zbudować rozpoznanie geotechniczne warstw budujących górotwór nad górni­

czym wyrobiskiem eksploatacyjnym i wstępnie, na zasadzie prognozy, oceniać ewentualny przebieg zawału nadkładu wraz z obniżeniem powierzchni terenu. Z reguły skały osadowe zbudowane są z warstw cyklicznie po sobie następujących, na przykład flisz karpacki jest zbudowany na przemian z wapieni, łupków, mułowców i piaskowców. Częstość występowa­

nia i miąższość poszczególnych warstw decydują o nośności stropu nad wyrobiskami i prze­

biegu jego zawału. Przewiercanie całego kilkusetmetrowego nadkładu, pobieranie i badanie wszystkich prób byłoby niezwykle kosztowne i długotrwałe. Odwierty wykonuje się więc jedynie na określoną głębokość, aby uzyskać rozpoznanie pierwszych warstw fliszowej bu­

dowy stropu (rys.3.14). Na podstawie pobranych prób określa się wyjściową macierz przejść od jednej warstwy do drugiej (2.99), a następnie po rozwiązaniu układu równań (2.106) - macierz końcową (2.107), z której wynika, z jakim prawdopodobieństwem poszczególnych warstw mamy do czynienia i jakiego zachowania się stropu możemy oczekiwać, a w konse­

kwencji, kiedy i jakiego typu obniżenie powierzchni terenu może nastąpić. Taka analiza bę­

dzie niewątpliwie uzupełnieniem podanej klasyfikacji terenów górniczych, będzie jej rozsze­

rzeniem, przystosowaniem do potrzeb użytkownika [46], Umożliwi przede wszystkim rozsze­

rzenie dotychczasowych doświadczeń, głównie z zakresu budownictwa powszechnego, na budowle inżynierskie wyraźnie odbiegające od schematów pracy statycznej budynków.

Budowle inżynierskie są na ogół bardzo odpowiedzialnymi obiektami przeznaczonymi na bardzo długi okres ich bezawaryjnej eksploatacji, wobec tego wymagają wyprzedzającej pro­

gnozy w zakresie zmiany warunków terenowych. Chcąc uzyskać informacje o terenie w uję­

ciu przyszłościowym, trzeba korzystać z oszacowań wygenerowanych symulacyjnie na pod­

stawie znanych, dotychczasowych informacji.

<D

5

o 1?

ii

- 2

klosyfikocjo prób

Rys. 3.14. Klasyfikacja górotworu w stropie wyrobiska górniczego: 1 - profil geologiczny, 2 - odwiert, 3 -w yro ­ bisko, 4 -p o d z ia ł rdzenia na próby, A, B, C - warstwy geologiczne, h - długość odwiertu, H -grubość nadkładu ( H » h )

Fig.3.14. Classification o f orogen in the ro o f o f mine excavation: 1 - geological profile, 2 - bore-hole, 3 - excavation, 4 - division o f core into tests, A, B, C - geological strata, h - length o f bore-hole, H - thickness o f overburden ( H » h )

Tego typu rozpoznanie skierowane odwrotnie w kierunku spągu wyrobiska może dać od­

powiedź na pytanie, czy poniżej eksploatowanego pokładu węgla lub innego surowca zalega następny pokład, którego ewentualna eksploatacja spowoduje dalsze osiadanie terenu. Naj­

bardziej istotną cechą monitoringu i łańcuchowej, genealogicznej interpretacji wyników po­

miarów jest jednak możliwość sterowania zachodzącymi procesami za pomocą działań profi­

laktycznych stosowanych, między innymi, w eksploatacji pokładu w celu zmniejszenia szkód

górniczych. Wygenerowane dane o rozpoczynającym się procesie dają szansę przewidywania zagrożeń ze znacznym wyprzedzeniem czasowym i stworzą warunki do ich zapobiegania.