Bruk av resistivitetsmålinger i problemstillinger knyttet til kvikkleire

Transkript

1 Bruk av resistivitetsmålinger i problemstillinger knyttet til kvikkleire - metode, tolkning og anvendelser Inger-Lise Solberg

2 Innhold Bakgrunn Metode Klassifisering Tolkning av 2D-profiler eksempler Geologi og materialegenskaper Grunnvannsforhold Kryssende profiler RCPTU (1D) Anvendelse Konklusjoner

3 Bakgrunn Bakgrunn Utfordringer knyttet til kvikkleirekartlegging Hva kontrollerer skredfare i områder med kvikkleire? Geometri og tykkelse av kvikkleirlag/-lommer Posisjonen til kvikkleira i skråningen In situ poretrykk Spenninger og spenningshistorie Målselv 2001 Foto: IL Solberg

4 Bakgrunn Geotekniske boringer Vanligste metode for å kartlegge kvikkleire Utfordringer: Stikkprøve av grunnforholdene Kan være vanskelig å få god oversikt over et område krever mange boringer Laboratorietesting av prøver er mest pålitelig men blir derfor ofte nedprioritert fordi sonderinger er rimeligere Vanskelig tilgjengelige områder dårligere kartlagt Tidkrevende Foto: IL Solberg

5 Bakgrunn Resistivitetsmålinger kartlegge potensielle kvikkleireutbredelser Gir et kontinuerlig bilde av grunnforholdene Informasjon om lagdeling og materialegenskaper Dreneringsmønster Relativt kostnadseffektiv og rask gjennomførbar Ikke-destruktiv metode Gunstige borlokaliteter nyttigere informasjon fra borpunktene muligens færre geotekniske boringer Solberg

6 Metode Metode Resistivitetsmetoden: elektriske motstandsmålinger Elektrodekonfigurasjoner Wenner Gradient Elektrodeavstander 2 m, 5 m, 10 m Foto: IL Solberg

7 Klassifisering Klassifisering av materiale ut fra resistivitetsverdier Basert på tidligere studier og erfaringsverdier i Norge, Sverige og Canada Sammenligning av resistivitetsverdier og geotekniske bordata Gradvise overganger mellom klassene Lokale variasjoner vil kunne påvirke klassifiseringsgrensene (porevannskjemi, metningsgrad og mineralsammensetning)

8 Klassifisering Klassifisering av materiale ut fra resistivitetsverdier Klassifisering som utgangspunkt for tolkning av resistivitetsprofiler i kvikkleireområder: Saltholdig leire har minst motstand: 1-10 Ωm Utvasket leire / mulig kvikk leire: Ωm Tørrskorpeleire, grovere materialer: over 100 Ωm (Fjell har som regel motstandsverdier på flere tusen Ωm)

9 Tolkning Tolkning av 2D-profiler Eksempler fra ulike prosjekter Geologi og materialegenskaper 1. Ikke utvaskede marine avsetninger 2. Utvaskede marine avsetninger 3. Tørrskorpeleire 4. Sand og grus 5. Fjell Grunnvannsforhold Kryssende profiler RCPTU (1D)

10 Tolkning Geologi og materialegenskaper 1. Ikke utvaskede marine avsetninger Saltholdig leire (ca Ωm) Stabil struktur God ledningsevne Blåtoner på profilene Bormotstand øker med dypet Solberg et al. (in prep)

11 Tolkning Geologi og materialegenskaper 2. Utvaskede marine avsetninger (ca Ωm) Kvikkleire Lavt saltinnhold Dårligere ledningsevne enn saltholdig leire Ustabil struktur Sikker kvikkleire ved testede prøver Bormotstand konstant eller avtar mot dypet Grønn/gul(/orange) farge på profilene Solberg et al. (in prep) Boredata fra Multiconsult, NTNU og NGI

12 Tolkning Geologi og materialegenskaper 2. Utvaskede marine avsetninger (ca Ωm) Ikke kvikk leire Lavt saltinnhold Dårligere ledningsevne enn saltholdig leire Stabil struktur Bormotstand øker med dypet, prøver ikke kvikke Kan være før eller etter kvikkleirestadiet ( resistivitetsverdiene indikerer) 2b. Siltige masser Kan ligge i intervallet Ωm Solberg et al. (in prep) Boredata fra Multiconsult, NTNU og NGI

13 Tolkning Geologi og materialegenskaper 3. Tørrskorpeleire (> 100 Ωm) Leira tørker opp/sprekker opp nær overflata God drenering gir tykkere tørrskorpelag og øker utvasking i underliggende lag Orange farge på profilene Solberg et al. (in prep)

14 Tolkning Geologi og materialegenskaper 4. Sand og grus Vannmettet sand > 100 Ωm Tørr sand > 1400 Ωm Tynne sandlag vil ikke vises (for dårlig oppløsning), men mye innslag av sand i leira vil kunne øke de resulterende resistivitetsverdiene. Sonderinger (f.eks. CPTU) egner seg for å finne sandlag. Store mektigheter av sand og grus kan indikeres betydning for en evt. skredutbredelse. Orange/rød/lilla farge på profilene Solberg et al. (in prep) Boredata fra Multiconsult

15 Tolkning Geologi og materialegenskaper 5. Fjell Intakt fjell vanligvis flere tusen Ωm Ledningsevnen øker i oppsprukket/forvitret fjell Godt ledende malmer kan ha motstand på ned mot 0,01 Ωm Ved store overganger i resistivitet (f.eks. leire over intakt fjell) vil overgangen likevel bli gradvis, slik at det kan skjule seg lag mellom (f.eks. grov morene) Godt ledende leire vil kunne føre til at reelt dyp til fjell er noe grunnere enn indikert andre metoder bør brukes for å finne eksakt dyp. Solberg et al. (in prep)

16 Tolkning Grunnvannsforhold Grunnvannsforhold Dreneringsmønsteret styres av berggrunnstopografi og fordeling av sedimenter Drenering grad av utvasking Dyp til fjell kan påvirke hvor kvikkleire dannes Innslag av sand/grus Solberg et al. (2008)

17 Tolkning Kryssende profiler Kryssende profiler Indikasjon på grunnforholdene i 3D Måleretning i forhold til geologien har betydning Dårlig overlapp kan også gi nyttig informasjon i forhold til geologiske variasjoner i 3D Solberg et al. (2008)

18 Tolkning RCPTU Bruk av RCPTU (1D) Måling av resistivitet i ett punkt Spesialsonde på konvensjonelt CPTU-utstyr Lite influensområde og dermed mer detaljer sammenlignet med 2D-målinger Nyttig å kombinere 1D og 2D Relativt godt samsvar mellom 1D og 2D ved relativt homogene forhold, større forskjell når 3D-effekter påvirker 2D-målingene Rødde Solberg et al. (subm) Boredata fra NTNU Aasland 2010

19 Tolkning RCPTU Rissa: 1D-resistivitetsdata (til venstre) og konvensjonelle boredata (CPTU) 1D-målinger: svart linje 2D-målinger: grønn linje Prøve (prøvedyp 0-11m): kvikkleire i dyp 3,8-10,5m og saltinnhold lavere enn 5 g/l Resistivitet på prøver: blå punkter Godt samsvar mellom de ulike testene Boredata fra masteroppgave ved NTNU (Aasland 2010)

20 Anvendelse Anvendelse I forbindelse med kvikkleireproblemstillinger vil 2D resistivitetsprofiler kunne benyttes som forundersøkelser i forhold til: bygging/oppgradering av veger/jernbane forbedring av skråningsstabilitet (i forbindelse med byggeaktivitet, erosjonssikring eller generell stabilitetsforbedring) vurdering av faresoner/aktsomhetssoner for kvikkleireskred Helhetlig (og romlig) perspektiv og økt forståelse av den geologiske oppbyggingen/utviklingen til et område

21 Anvendelse Faresoner på Rødde (nord for Melhus) Profil 6 går delvis utenfor faresone Viser potensiell kvikkleire i skråningen Sone kunne vært utvidet

22 Anvendelse Faresoner på Rødde, profil 3: sammenligning av kvikkleiretolkninger fra resistivitet (grønn) og geoteknisk vurdering (rosa) NØ SV

23 Konklusjoner 2D resistivitetsmålinger vil være nyttig i innledende undersøkelser for å kartlegge mulige kvikkleireforekomster og deres geometri God første oversikt over geologiske forhold Grunnlag for plassering av borpunkter Kan potensielt begrense mengden boringer Kan indikere lagdeling mulighet for mer realistiske stabilitetsberegninger Redusere/utvide faresoner Kartlegge barrierer for skred Ofte godt samsvar mellom boringer og resistivitet (i punkt) resistivitetsmålingene gir tilleggsinformasjon mellom borpunkt Metoden bør brukes inn mot flere prosjekter for å øke erfaringsgrunnlaget for tolkning

24 Referanser Solberg, I.L., Hansen, L., Rønning, J.S., Dalsegg, E. et al. (in prep): Veileder for bruk av resistivitetsmålinger i potensielle kvikkleireområder. Solberg, I.L., Hansen, L., Rønning, J.S., Haugen, E.D., Dalsegg, E. & Tønnesen, J.F. (subm): Combined geophysical and geotechnical approach for ground investigations and hazard zonation of a quick-clay area, Mid Norway. Submitted to Bulletin of Engineering Geology and the Environment Solberg, I.L., Rønning, J.S., Dalsegg, E., Hansen, L., Rokoengen, K. & Sandven, R. 2008: Resistivity measurements as a tool for outlining quick clay extents and valley fill stratigraphy: feasability study from Buvika, Central Norway. Canadian Geotechnical Journal 45: Solberg, I.L. 2007: Geological, geomorphological and geophysical investigations of areas prone to clay slides: Examples from Buvika, Mid Norway. PhD thesis. Department of Geology and Mineral Resources Engineering, Norwegian University of Science and Technology, 213 p. Aasland, R. 2010: Kartlegging av kvikkleire med 2D resistivitet og RCPT i Rissa. Masteroppgave ved Institutt for bygg, anlegg og transport, NTNU Også under arbeid: Rapport hvor det er utført modellering av en rekke ulike geologiske forhold, med fokus på kvikkleire: Reiser et al. (in prep): Resistivity modelling for clay characterisation. NGU Report