GEOTECHNICKÝ MONITORING Eva Hrubešová, katedra geotechniky a podzemního stavitelství FAST VŠB TU Ostrava

Geotechnický monitoring Základní princip inverzní (zpětné) analýzy

Geotechnický monitoring Základní obecné metody inverzní analýzy sbližovací metody metody s využitím přímých optimalizačních postupů naměřené hodnoty in situ hodnoty vypočtené příslušným modelem obecné vyjádření inverzně stanovovaných parametrů

Geotechnický monitoring Dílčí cílové kroky vypracování vhodného analytického modelu pro provedení inverzní analýzy stanovení požadavků na monitorované údaje (typ monitorovaných veličin,jejich dislokace apod.) realizace programových systémů (databázové i výpočetní časti) na základě navržených inverzních postupů otestování programových systémů na ilustračních příkladech

Geotechnický monitoring Výchozí monitorovaná data dynamometrická měření kontaktních napětí mezi horninou a výztuží dynamometrická měření ve výztužním prstenci extenzometrická měření v podzemním díle konvergenční měření v podzemním díle měření poklesů na povrchu v důsledku mělkého tunelování nivelační měření na obrysu podzemního díla

Geotechnický monitoring Výchozí metody řešení Výpočetní model vícevrstvé výztuže, který zohledňuje vzájemnou spolupráci jednotlivých výztužních prstenců, vychází z podmínky spojitosti deformací na jednotlivých kontaktech a z okrajové podmínky na vnitřním výztužním obryse Výpočetní model pro stanovení napěťodeformačního stavu v okolí podzemních děl (vyztužených i nevyztužených), využívající teorie analytických funkcí komplexní proměnné, teorie konformních zobrazení a vztahů Kolosova-Muschelišviliho. K přímé optimalizaci mezi naměřenými hodnotami in situ a hodnotami vyjádřenými dle odpovídajícího analytického výpočetního modelu byla v této práci použita metoda nejmenších čtverců.

Geotechnický monitoring Analytický model pro stanovení napětí a deformací ve vícevrstvé kruhové výztuži Základní zatěžovací schéma: p 0 - radiálně symetrická složka zatížení p 2 - nesymetrická složka zatížení q 2 - složka smykového zatížení

Geotechnický monitoring Analytické modely pro stanovení napěťodeformačního stavu v okolí podzemních děl Obecný princip Převedení řešení diferenciálních rovnic, které popisují napěťodeformační stav v horninovém masívu (popř. ve výztuži) na problém stanovení analytických funkcí komplexní proměnné (komplexních potenciálů), které jsou určeny příslušnými okrajovými podmínkami úlohy (v závislosti na typu úlohy). složky celkových napětí po vyražení díla: - složky počátečních (primárních )napětí - složky dodatečných (sekundárních) napětí musí vyhovovat dif. rovnicím rovnováhy

Geotechnický monitoring Analytické výpočetní metody, z nichž dále vycházejí příslušné inverzní výpočetní postupy, byly rozpracovány pro následující typy úloh: řešení napěťodeformačního stavu v okolí nevyztuženého podzemního díla uloženého ve velké hloubce řešení kontaktní úlohy hornina výztuž pro podzemní dílo uložené ve velké hloubce stanovení napěťodeformačních poměrů v okolí podzemního díla uloženého mělce pod povrchem

Geotechnický monitoring Inverzní postupy vypracované na katedře geotechniky a podzemního stavitelství Inverzní modely pro stanovení složek vnějšího zatížení kruhového výztužního prstence Inverzní modely pro stanovení složek počáteční (primární napjatosti) Inverzní model vycházející z monitorovaných hodnot tangenciálních napětí na vnitřním obrysu výztuže Inverzní model vycházející z monitorovaných hodnot radiálních posunů na vnitřním obrysu výztuže Inverzní model vycházející z výsledků extenzometrických měření Inverzní model vycházející z hodnot konvergenčních měření Inverzní model vycházející z dynamometrických měření napětí na kontaktu výztuže s horninou

Geotechnický monitoring Inverzní modely pro stanovení přetvárných a reologických charakteristik horninového prostředí Inverzní model vycházející z výsledků extenzometrických měření Inverzní model vycházející z výsledků konvergenčních měření Inverzní model vycházející z výsledků nivelačních měření v poklesové kotlině

Geotechnický monitoring Inverzní analýza pro stanovení složek vnějšího zatížení kruhového výztužního prstence Výchozí metoda řešení Analytický model pro stanovení napěťodeformačního stavu ve vícevrstvé kruhové výztuži Výchozí monitorovaná data tangenciální napětí na vnitřním obrysu výztuže radiální deformace na vnitřním obrysu výztuže

Geotechnický monitoring Ilustrace výsledků inverzního modelu

Geotechnický monitoring Inverzní analýza pro stanovení složek počáteční (primární) napjatosti Inverzní model vycházející z hodnot extenzometrických měření Výchozí metoda řešení analytický model pro řešení napěťodeformačního stavu v okolí nevyztuženého podzemního díla uloženého ve velké hloubce Výchozí monitorovaná data výsledky extenzometrických měření ve vrtech za obrysem nevyztuženého podzemního díla (mohou být uvažovány i víceúrovňové extenzometry)

Geotechnický monitoring Ilustrace výsledků inverzního modelu

Geotechnický monitoring Inverzní model vycházející z výsledků dynamometrických měření na kontaktu horniny s výztuží Výchozí metoda řešení Analytický model pro řešení kontaktní úlohy hornina-výztuž Výchozí monitorovaná data Výsledky dynamometrických měření kontaktních napětí mezi horninou a výztuží

Geotechnický monitoring Ilustrace výsledků inverzního modelu

Geotechnický monitoring Inverzní modely pro stanovení přetvárných a reologických charakteristik horninového prostředí Inverzní model vycházející z výsledků extenzometrických resp. konvergenčních měření Výchozí metoda řešení Analytický model pro stanovení napěťodeformačního stavu v okolí nevyztuženého podzemního díla uloženého ve velké hloubce. Časový faktor přetváření je modelován zavedením časově proměnného modulu pružnosti (dle Jeržanova) kde E je okamžitý modul pružnosti v čase t=0 je časová funkce závislá na tzv. plouživostních parametrech

Geotechnický monitoring Výchozí monitovaná data Výsledky extenzometrických měření za obrysem nevyztuženého podzemního díla, realizovaných v určitých časových řezech Výsledky konvergenčních měření na obrysu nevyztuženého podzemního díla.Předpokládá se však pevné, v praxi však obvyklé rozmístění měřených bodů na obrysu podzemního díla (strop a boky)

Geotechnický monitoring Ilustrace inverzního modelu konvergenční měření nivelační měření

Geotechnický monitoring spojnice diskrétních hodnot spojitá funkční závislost E0= alfa= delta=

Geotechnický monitoring Inverzní model vycházející z výsledků měření svislých posunů v poklesové kotlině Výchozí metoda řešení Analytický výpočetní systém pro stanovení napětí a přetvoření v okolí podzemního díla uloženého mělce pod povrchem (výpočetní model pro pružnou „těžkou“ polorovinu ) Výchozí monitorovaná data Výsledky měření svislých posunů na povrchu horninového masívu nad mělce uloženým podzemním dílem

Geotechnický monitoring Ilustrace programového modulu 8 m