Effekt av progressiv bruddutvikling ved utbygging i områder med kvikkleire Sensitivitetsanalyse. Hans Petter Jostad & Petter Fornes (NGI)

Transkript

1 Effekt av progressiv bruddutvikling ved utbygging i områder med kvikkleire Sensitivitetsanalyse Hans Petter Jostad & Petter Fornes (NGI)

2 FoU prosjekt: Effekt av progressiv bruddutvikling ved utbygging i områder med kvikkleire Statens Vegvesen/Vegdirektoratet (SVV/VD) Norges Vassdrags og Energidirektorat (NVE) Norges Geotekniske Institutt (NGI) Videreutvikle en robust numerisk modell for udrenert oppførsel til sensitive leirer Tilbakeregning av kvikkleireskred Sensitivitetsanalyse Sannsynlighetsanalyse Kalibrering og anbefaling av sikkerhetsfaktor Implementering av ny kunnskap

3 Geoteknisk prosjektering i områder med sensitive eller kvikke leirer Sikkerhetsfilosofi? Saint-Jude, Quebec, Canada, May

4 Krav til sikkerhet ~ 7 % økning Økt sikkerhet for sensitive leirer! Pga begrensning i beregningsmodell

5 Sensitiv leire - karakteristisk oppførsel s t dh H g t t Fasthet = Skjærstyrke s u? t o Du Kontraktant oppførsel softening s u (g) s n g Avhenger av deformasjonsretningen (anisotrop)

6 Karakteristisk oppførsel - prøveforstyrrelse Fra Kjell Karlsruds Bjerrum foredrag 2010 Prøveforstyrrelse reduserer maks skjærstyrke

7 Kapasiteten avhenger av tøyningen p max < 5.14 s u AV P E A C t s u P DSS t s u A g t s u DSS g g Stivhetshavhengig kapasitet, progressivt brudd!

8 Anisotrop oppførsel med softening NGI-ADP_Soft s u ( a, g ) s zz s 1 t xz a z s xx

9 Normalized shear stress Tøyningskompatibilitet t /s u A g Shear strain ACTIVE PASSIVE DSS AV s DSS u / s A u =0.7 s up / s A u =0.4 s AV u / s A u =( )/3= 0.7 Tøyningskompatibilitet: s u AV (g)/ s ua = % reduksjon Minimums reduksjonsfaktor!

10 Sensitivitetsstudie Basert på numeriske analyser (FEM) studere hva som påvirker bruddkapasiteten i sensitive leirer Sammenligne resultatet med perfekt plastiske analyser Etablere grunnlagsmateriale for å forbedre dagens sikkerhetsfilosofi Øke forståelsen av mekanismer som styrer bruddutviklingen i sensitive/kvikke leirer

11 Prosedyre 1. Beregner kapasiteten vha FEM med softening 2. Finner reduksjon i maks udrenert skjærstyrke s u /F softening som gir samme kapasitet i en analyse uten softening

12 Vegfylling i hellende terreng Helning, b Skjærstyrke profil, s u A Stivhet (t-g kurve) Anisotropi (styrke og stivhet) Sprøhet (softening og skjærbåndtykkelse) Initialspenning (K o, g, b) NGIs blokkprøvedatabase

13 Parametere skjærstyrkeprofil (OCR < 2, St > 15) s ua / p o y ref g y GV

14 Parametere softening

15 Lokalisering (skjærbånd) t t SB /H = 1 dh H g? Avlastning t sb Avlastning Avlastning t dh/h Sprøheten til materialet avhenger av skjærbåndtykkelsen! Ph.D. student Anders Gylland

16 Sensitivitetsstudie Parameter Beskrivelse Min. verdi Maks. verdi s u A ref (kpa) Udrenert aktiv skjærstyrke i toppen s u A inc (kpa/m) Økningen i udrenert aktiv skjærstyrke y ref (m) med dyden under y ref Dybde med konstant udrenert aktiv skjærstyrke s A u ref y top (m) Tykkelse på OC leiren (uten softening ) /(S A /s ua ) (%) Invers av normalisert aktiv sekant softening modul, g A r - g A f t sb (m) Ekvivalent udrenert skjærbåndtykkelse b ( o ) Terrenghelning 4 8 K o Initiell effektive horisontal /vertikal spenningsforhold + variasjon i anisotropiforhold og stivheter (t - g kurver) Monte Carlo simulering (totalt 14 parametere)

17 Plaxis 2D - Elementmodell - Likevekt mellom drivende krefter og stabiliserende spenninger (motstand) - Materialoppførsel, NGI-ADP_Soft Automatisert beregningsprosedyre (G. Grimstad)

18 Resultat Karlsrud/NGI Beregnet middelverdi Håndbok 016 standard prøver?

19 Resultat

20 Anbefaling av Kjell Karlsrud/NGI Type forsøk Kvikk/meget sensitiv, S t > 15 Lite/middels sensitiv leire, S t < 15 Aktivt 10 15% 0 10% DSS 5 10% 0-5 % Passivt 0 5% 0 Tabell 1 Anbefalt reduksjon av maks udrenert skjærstyrke oppnådd på blokkprøver ~ +/- 10%

21 Resultat Veldig sprø oppførsel Karlsrud/NGI Beregnet middelverdi Håndbok 016 standard prøver?

22 Skjærtøyninger ved brudd Kritisk bruddflate perfekt plastisk F softening ~1.2 g = 1.2% % g p A = 2% NB! Ikke tøyningskompatibilitet, men progressivt brudd

23 Progressiv bruddutvikling p max < 5.14 s u AV P E A C First yield t Redusert motstand i passiv sone. Kan være > 5% s u P g DSS t s u DSS g t s u A g Stivhetshavhengig kapasitet!

24 First yield First yield kan benyttes som en forenklet softening analyse, men har samme krav til beskrivelse av stivhet

25 Konklusjoner Effekt av softening /sprøbrudd kan være mer enn 10% Ikke tøyningskompatibilitet ved brudd -> progressiv bruddutvikling pga softening Omrørt udrenert skjærstyrke påvirker ikke bruddkapasiteten Sprøheten er styrt av effektiv skjærbåndtykkelse Svake leirer er mer påvirket av softening enn sterkere leirer Fått økt forståelsen av mekanismer som styrer bruddutviklingen i sensitive/kvikke leirer

26 Takk for oppmerksomheten Saint-Jude, Quebec, Canada, May