Determining mechanical properties and material models of subsoil for buildings in mining areas

Abstract

Zawarta w artykule problematyka związana jest z wyznaczaniem wpływu eksploatacji górniczej na obiekty budowlane przy zastosowaniu metod modelowania numerycznego. Narzędzia symulacji numerycznych stosowane są w analizie współpracy budynku z deformującym podłożem m.in. w celu opracowania szczegółowej prognozy oddziaływania robót górniczych. Warunkiem prawidłowego przeprowadzenia tego rodzaju analizy jest rzetelne rozpoznanie warunków górniczych, geologicznych i konstrukcyjnych. W pracy przedstawione zostały zagadnienia związane z modelowaniem podłoża obiektu w aspekcie wyznaczania oddziaływań górniczych, rozpoznania warunków posadowienia i przyjęcia modelu materiałowego. W tym zakresie scharakteryzowano procesy deformacyjne zachodzące w podłożu wskutek oddziaływania eksploatacji, omówiono ogólnie zagadnienie sporządzania prognozy wpływów eksploatacji górniczej na powierzchnię, przytoczono wymagania dotyczące rozpoznania podłoża obiektów posadowionych na terenach górniczych oraz wymieniono ważniejsze metody tego rodzaju rozpoznania. Koncentrując się następnie na zagadnieniach związanych z opracowaniem szczegółowej analizy oddziaływania eksploatacji zaproponowano zastosowanie modelowania numerycznego, jako narzędzia tego typu analiz. Pod tym kątem przedstawiono przykłady doboru prawa materiałowego podłoża oraz wyznaczenia wartości jego parametrów. Przykłady te dotyczą dwóch materiałów geologicznych: gliny piaszczystej oraz piaskowca. Dla każdego z nich omówiono zakres przeprowadzonych badań laboratoryjnych, przytoczono wyniki oraz przedstawiono wybrane prawo materiałowe z wyznaczonymi wartościami parametrów. Przedstawiona została także analiza wpływu wartości podstawowych parametrów mechanicznych podłoża: modułu sprężystości podłużnej, i współczynnika Poissona na rozkład naprężeń pod ławą fundamentową.

This paper discusses issues related to determining impact of mining exploitation on buildings - the analytical process supported by numerical modelling. Numerical simulation tools are used to analyze the interaction between buildings and deforming soil i.a. to accurately forecast the impact of mining work. In order to carry out those analyses correctly, mining, geological and construction conditions have to be investigated reliably. In this paper, issues related to modelling soil have been presented. Particularly in terms of determining mining influences, investigating foundation conditions and assuming a material model. Deformation processes taking place in soil and caused by mining exploitation have been characterized, and forecasting the impact of mining exploitation on surface has been generally discussed. Moreover, requirements concerning identification of subsoil beneath buildings founded on mining areas have been cited and the most important methods have been listed. Then, by concentrating on issues related to accurate analysis of mining influences, numerical modelling has been proposed as a tool to carry out such analysis. In that respect, examples of selecting constitutive equations and determining their values have been presented. Those examples concern two geologic materials: sandy loam and sandstone. Laboratory experiments were carried out for each. Their results and selected constitutive equations have been presented along with determined parameter values. The impact of basic mechanical parameters of soil: elastic modulus and Poisson's ratio on stress distribution beneath wall footing have also been presented.