The accuracy of strain tensor determined in the landslide areas

Anna Szafarczyk

Abstrakt

Dokładność określania składowych tensora odkształcenia wyznaczanego na terenach osuwiskowych

Pomiary geodezyjne, wykonywane seryjnie na terenie podlegającym deformacjom, pozwalają na wyznaczenie wskaźników deformacji, z których najbardziej istotnym dla większości obiektów budowlanych jest odkształcenie poziome. Wyróżniamy odkształcenia poziome rozciągające oraz ściskające. Odkształcenia rozciągające terenu powodują największe uszkodzenia w obiektach budownictwa mieszkaniowego, prowadząc do powstania rys, pęknięć a w skrajnym przypadku nawet katastrofy budowlanej. W zależności od przyjętej geodezyjnej technologii pomiaru możliwe jest wyznaczenie wartości odkształceń z mniejszą lub większą dokładnością. Dla odkształceń o małych wartościach konieczne jest wyznaczanie długości w sposób bezpośredni (z pomiaru tachimetrycznego), natomiast dla odkształceń o wartościach dużych możliwe jest wykorzystanie wyników pomiarów GPS. W artykule przedstawiono metodę i wyniki pomiaru deformacji fragmentów osuwiska. Zastabilizowano punkty geodezyjne w formie sieci pomiarowej zwanej prostokątną rozetą geodezyjną. Wykonano pomiary rozety i obliczono na ich podstawie odkształcenia poziome na kierunkach zastabilizowanych boków. W dalszym etapie wyznaczono składowe powierzchniowego tensora odkształceń, z których możliwe jest wyznaczenie kierunku i wartości występującego odkształcenia ekstremalnego.

Abstract

Geodetic surveys, performed serially in the area subject to deformations, allow to determine deformation rates, of which, for most building structures, horizontal strains appear to be the most important ones. There are horizontal tensile and compressive strains. Tensile strains of land cause the greatest damage to residential  buildings, resulting in hairline and larger cracks, or even construction disasters in extreme cases. Depending on the adopted surveying method, it is possible to determine the values of strains more or less accurately. For the strains with small values it is necessary to determine the length directly (from the total station measurement), whereas for the strains with large values it is possible to use the GPS measurement results. The article presents the surveying method and the measurement results of landslide fragments deformation. Geodetic points were stabilized in the form of a control network called a rosette. Measurements of the rosette were performed and, on their basis, horizontal strains were calculated for the directions of the stabilized sides. The further stage included determining surface strain tensor components, from which it is possible to determine the direction and the values of the occurring extreme strain.

Keywords: landslide, strain tensor, geodetic measurements

Słowa kluczowe: osuwisko, tensor odkształcenia, pomiary geodezyjne
References

Cai J.: 2001, Hypothesis test and sampling statistics of the eigenvalues and eigendirections of a random tensor of type deformation tensor, Report of DFG – Project GR 323/36-1 – Geodätisches Instytut Universität Stuttgart, Lehrstuhl Statistik Universität, Dortmund.

Ćmielewski B., Kontny B., Ćmielewski K.: 2013, Use of low-cost MEMS technology in early warning system against landslide threats. Acta Geodyn. Geomater., Vol. 10, No. 4 (172), 485–490. DOI: 10.13168/AGG.2013.0049.

Dong J., Lee W., Lin M., Huang A., Lee Y.: 2009, Effects of seismic anisotropy and geological characteristics on the kinematics of the neighboring Jiufengershan and Hungtsaiping landslides during Chi-Chi earthquake, Tectonophysics, Vol. 466, Issues 3–4, pp. 438–457, DOI:10.1016/j.tecto.2007.11.008.

Gili J.A., Corominas J., Rius J.: 2000, Using Global Positioning System techniques in landslide monitoring, Engineering Geology, Vol. 55, Issue 3, pp. 167–192. DOI:10.1016/S0013-7952(99)00127-1.

Gustkiewicz J.: 1980, Metody tensometryczne i fl eksimetryczne (in Polish) In: „Ochrona powierzchni przed szkodami górniczymi”. M. Borecki, ed. Wydawnictwo Śląsk. Katowice.967 p.

Hejmanowski R.: 2005, Optimization of determining horizontal surface deformations for the protection of buildings in mining areas. (In Polish). Report of Research Project 5T 12E 04124, AKademia Górniczo-Hutnicza, Kraków.

Kajetanowicz P., Wierzejewski J.: 2008, Algebra z geometrią analityczną (In Polish), Wydawnictwo Naukowe PWN, p. 178.

Kontny B., Grzempowski P., Aleksandrowski P., Schenk V., Schenková Z.: 2014, Horizontal deformation of the earth’s crust in the area of Sudeten and its northern foreland (SW Poland) based on GPS data from the period 1997–2012, In: 15th Czech-Polish Workshop “On Recent Geodynamics of the Sudeten and Adjacent Areas”, Karlov po Pradědem, Czech Republic, November 5–8, Conference proceedings, pp. 40–41.

Kostić S., Vasović N., Franović I., Jevremović D., Mitrinovic D., Todorović K.: 2014, Dynamics of landslide model with time delay and periodic parameter perturbations,Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation,Vol. 19, Issue 9, pp. 3346–3361. DOI:10.1016/j.cnsns.2014.02.012.

Kwinta A.:2012, Prediction of strain in a shaft caused by underground mining, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 55, pp. 28–32. DOI:10.1016/j.ijrmms.2012.06.007.

McColl S.T.: 2015, Landslide Causes and Triggers, Landslide Hazards, Risks and Disasters Chapter 2, pp. 17–42.DOI:10.1016/B978-0-12-396452-6.00002-1.

Okamoto T., Larsen J. O., Matsuura S., Asano S., Takeuchi Y., Grande L.: 2004, Displacement properties of landslide masses at the initiation of failure in quick clay deposits and the eff ects of meteorological and hydrological factors, Engineering Geology, Vol. 72, Issues 3–4, pp. 233–251. DOI:10.1016/j.enggeo.2003.09.004.

Pałka P., Skulich M. 2013. Analiza obserwacji kątowo-liniowych w aspekcie wyznaczania odkształceń terenu osuwiskowego. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr 2013/ 03 (2 (Sep 2013))

Pielok J., Szafarczyk A.: 2004, Geodetic measurements of surface deformations with the use of tensometry methods, Das Markscheidewesen, Vol.111, nr 3, pp. 98–103, ISSN 0174-1357.

Prokešová R., Kardoš M., Medveďová A.: 2010, Landslide dynamics from high-resolution aerial photographs: A case study from the Western Carpathians, Slovakia, Geomorphology, Vol. 115, Issues 1–2, pp. 90–101. DOI:10.1016/j.geomorph.2009.09.033.

Ramesh M., V.: 2014, Design, development, and deployment of a wireless sensor network for detection of landslides, Ad Hoc Networks, Vol. 13, Part A, pp. 2–18, DOI:10.1016/j.adhoc.2012.09.002.

Szafarczyk, A.: 2013, Determination of horizontal deformations of the mining area using geodetic rosettes (in Polish), Wydawnictwa AGH, e-ISBN: 978-83-7464-573-7, 144 p.

Szafarczyk, A. Rybicki S. et al: 2013, Study of the kinematics of surface mass movements using ground-based radar interferometry (in Polish), Wydawnictwa AGH, ISBN: 978-83-7464-648-2, 126 p.

Teza G., Pesci A., Rinaldo G., Galgaro A.: 2008, Characterization of landslide ground surface kinematics from terrestrial laser scanning and strain fi eld computation, Geomorphology, Vol. 97, Issues 3–4, pp. 424–437, DOI:10.1016/j.geomorph.2007.09.003.

Wang K.L., Lin M.L.: 2011, Initiation and displacement of landslide induced by earthquake — a study of shaking table model slope test, Engineering Geology , Vol. 122, Issues 1–2, pp. 106–114. DOI:10.1016/j.enggeo.2011.04.008.

Wanic A.: 2007, Instrumentoznawstwo geodezyjne i elementy technik pomiarowych (in Polish) Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, 458 p.

Wasowski J., Bovenga B.: 2015, Remote Sensing of Landslide Motion with Emphasis on Satellite Multitemporal Interferometry Applications: An Overview, Landslide Hazards, Risks and Disasters Chapter 11 , Pages 345–403. DOI:10.1016/B978-0-12-396452-6.00011-2.

Yenes M. , Monterrubio S., Nespereira J., Santosc G.: 2009, Geometry and kinematics of a landslide surface in tertiary clays from the Duero Basin (Spain), Engineering Geology, Vol. 104, Issues 1–2, pp. 41–54. DOI:10.1016/j.enggeo.2008.08.008.

Stumpf A., Malet J.F. , Kerle N, Niethammer U, Rothmund S.: 2013, Image-based mapping of surface fi ssures for the investigation of landslide dynamics, Geomorphology, Vol., pp. 12–27. DOI:10.1016/j.geomorph.2012.12.010.

Zhu Z.W., Liu D.Y., Yuan Q.Y., Liu B., Liu J.C.: 2011, A novel distributed optic fi ber transduser for landslides monitoring, Optics and Lasers in Engineering, Vol. 49, Issue 7, pp. 1019–1024. DOI:10.1016/j.optlaseng.2011.01.010.