Stateczność wałów przeciwpowodziowych z wbudowaną warstwą odpadów powęglowych w świetle obliczeń numerycznych

W artykule zaprezentowano analizę stateczności dla zmodernizowanego wału przeciwpowodziowego z wbudowaną warstwą materiałów odpadów powęglowych z Kopalni Węgla Kamiennego Piast. Dla przedstawionego przypadku prawego wału przeciwpowodziowego rzeki Małej Wisły, przeprowadzono analizę stateczności i przepływ wody w korpusie wału podczas maksymalnego spiętrzania wody na skarpie dowodnej. Do obliczeń numerycznych wykorzystano program bazujący na metodzie elementów skończonych (MES) MIDAS GTS NX. Współczynnik został wyznaczony metodą redukcji wytrzymałości na ścinanie (SRM) dla stanu początkowego (normalny układ obciążeń), podczas maksymalnego piętrzenia się wody powodziowej na skarpie odwodnej (wyjątkowy układ obciążeń) oraz dla korpusu wału nasączonego wodą po odpływie fali wezbraniowej. Uzyskane w obliczeniach wartości współczynnika pewności dla korpusu wału zostały odniesione do wytycznych z Rozporządzanie Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie (Dz. U. 2007 Nr 86 poz. 579). Współczynnik pewności dla analizowanego wału przeciwpowodziowego podczas wyjątkowego układu obciążeń nie spełnia warunku stateczności, dlatego w pracy rozpatrzono możliwości poprawy stateczności wału podczas piętrzenia wody oraz jej odpływu. W tym celu za pomocą modelowania sprawdzono stateczność korpusu wału przeciwpowodziowego po zastosowaniu kolumn gruntowych z użyciem materiału antropogenicznego z kopalni KWK Piast u podnóża korpusu wału zarówno po stronie dowodnej, jak i odpowietrzanej. Dla wszystkich modeli zastosowano ten sam scenariusz obliczeniowy. Dzięki większej wodoprzepuszczalności materiału gruntowego zastosowanego w kolumnach gruntowych, została obniżona krzywa depresji wody w korpusie wału, co zapewniło stateczność wału podczas wezbrania wody.

The article presents an analysis of the stability of the modernized flood embankment with built layer of material coal mining wastes the Coal Mine “Piast”. For the present case, the Small Vistula River right flood embankment, an analysis of the stability and the flow of water in the body of the shaft during the maximum stacking water on a slope was conducted. A program based on the finite element method (FEM) MIDAS GTS NX was used for numerical calculations. The stability factor was determined by the reduction of shear strength (SRM) for the initial state (normal load), during the maximum damming the flood water on the upstream slope (special system load) and for the shaft body soaked with water after the outflow of the flood wave. The resulting calculation of the stability factor for the body of flood embankment were referred in the Regulation of the Minister of Environment of 20 April 2007 on the technical conditions to be met by hydraulic structures and their location (Journal of Laws 2007 No 86, item. 579). The stability factor for the analyzed flood embankment during the special system load does not satisfy the condition of stability. The article checked the possibility of improving the stability of the shaft during the impoundment of water and its outflow. Using the modeling checked the stability of the body of flood embankment after using columns of land with mining waste from the mine KWK “Piast” at the foot of the body of the shaft on both sides. We used the same scenario calculation for all the models. With more water permeability soil material used in the columns of ground, it was reduced depression curve of water in the body of flood embankment which ensured the stability embankment during flood water.