Wskaźniki zmian wytrzymałości na ścinanie w strefach zagrożenia osuwiskowego na obszarze kopalni węgla brunatnego Turów i Bełchatów

W artykule omówiono wyniki badań wytrzymałości na ścinanie dla 215 prób pobranych z utworów obejmujących strefy zagrożeń osuwiskowych w górotworze złóż węgla brunatnego Turów i Bełchatów. Opisano związki pomiędzy budową geologiczną nadkładu, genezą, cechami geologiczno-inżynierskimi oraz czynnikami wpływającymi na powstawanie lub rozwój osuwisk. Scharakteryzowano procesy zachodzące w ośrodku gruntowym mające wpływ na zmianę parametrów wytrzymałościowych w górotworze. Omówiono metody wyznaczania wartości obliczeniowej według normy PN-B-03020:1981 oraz Eurokod 7 (PN-EN 1997-1:2008P). Przedstawiono zalety i ograniczenia zastosowania „normowych” metod oznaczania parametrów wytrzymałości na ścinanie do analiz stateczności skarp i zboczy w warunkach skomplikowanej budowy geologicznej. Badania testowe wykonano dla 11 różnych powierzchni osłabień strukturalnych, oznaczając parametry wytrzymałości pierwotnej, rezydualnej oraz po zawodnieniu powierzchni poślizgu. Porównując wyniki zmian parametrów, autorzy zaproponowali współczynniki korekcyjne: wskaźnik zmian kąta tarcia wewnętrznego (λɸ , λɸ w) oraz wskaźnik zmian spójności (λ c , λ cw). Wyniki badań wskazują, że wskaźniki zmiany parametrów wytrzymałościowych są wyraźnie zróżnicowane dla kąta tarcia wewnętrznego i spójności. W próbkach pobranych z powierzchni nienaruszonych zmniejszenie oporów ścinania było w znacznej mierze wynikiem redukcji spójności. Na powierzchniach o naruszonej strukturze tendencje zmian parametrów wytrzymałościowych nie są tak wyraźne i zależą od wielu różnych czynników. Analiza wyników potwierdziła, że w strefach zagrożeń osuwiskowych obserwuje się znaczne zmniejszenie parametrów wytrzymałościowych względem parametrów uzyskanych z badań laboratoryjnych nawet po uwzględnieniu ich redukcji do wartości obliczeniowych. Proponowane rozwiązanie, zdaniem autorów, pozwoli na lepsze odzwierciedlenie rzeczywistych warunków geologiczno-inżynierskich, co będzie prowadzić do bezpiecznego projektowania geologiczno-inżynierskiego oraz geotechnicznego.

The article presents results of shear strength tests for 215 samples collected from formations including landslide hazard zones of the Turów and Bełchatów brown coal mine. The relationships between the geological structure of the overlay, genesis, geological-engineering properties, and factors influencing the formation of the landslide have been described. The processes occurring in the ground, influencing change of strength parameters have been characterized. Methods of determining the design value according to PN-B-03020:1981 and Eurocode 7 (PN-EN 1997-1:2008P), have been discussed. Advantages and limitations of using standard methods of determining shear strength parameters for the analysis of slope stability in the complicated geological conditions have been presented. Tests have been realized for 11 various areas of structural weakenings, determining the peak strength, residual strength, and after water accumulation in the slide surface. In comparing the results of parameters change, the authors have proposed the following correction coefficients: index of friction angle change (λɸ , λɸ w) and index of cohesion changes (λ c , λ cw). The indices of change of strength parameters are distinctly diversified for the friction angle and cohesion. The limitation of shear stress resulted mostly from reduction of cohesion in the samples collected from intact surfaces. The trends of strength parameters changes are not as clear and depend on many different factors in terms of the surfaces of disturbance structure. The analysis of results has confirmed that in the landslide hazard areas the significant reduction of strength parameters in relation to parameters obtained in the laboratory tests is observed, even after taking their reduction to the design values into consideration. In the authors’ opinion, the proposed solution allows for a better representation of the actual geological engineering and geotechnical conditions, leading to safe designing.