Analyse av stabilitet og utløpslengde for moglege steinskred frå fjellside ved Sjøåsberget

Transkript

1 Analyse av stabilitet og utløpslengde for moglege steinskred frå fjellside ved Sjøåsberget Synnøve F. Nordang 1, Bjørn Nilsen 1, Gudrun Dreiås Majala 2 1 Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet, (NTNU) 2 Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE)

2 Introduksjon: Bakgrunn og studieområde Studieområde Sjøåsberget INTRO Teori Metode Sjøåsen Resultat & Diskusjon Konklusjon Brattare del > 70 : 30 m breitt og 30 m høgt Avstand til hus: 108 m Terreng Nord Trøndelag Sør Trøndelag N 2

3 Geologi N INTRO Teori Metode Resultat & Diskusjon Konklusjon 3 1 km TEIKNFORKLARING Kvartærgeologisk kart (1:50 000) Morenemateriale, samanhengande dekke Morenemateriale, usamanhengande dekke Randmorenerygg Hav- og fjordavsetning, samanhengande dekke Marin strandavsetning, samanhengande dekke Hav- og fjordavsetning, samanhengande dekke Elve- og bekkeavsetning Torv og myr Humusdekke Bart fjell 2,5 km TEIKNFORKLARING Berggrunns kart (1: ) 50 Amfibolitt 51 Glimmerskifer 59 Granittisk gneis, raud, lite magmatisk 66 Migmatittgneis 68 Amfibolittisk gneis 70 Gabbro Skyveforkastning for Skjøtingsdekket Markert sprekk

4 Aktsemdkart for skred TEIKNFORKLARING Aktsemdkart Utløysingsområde for steinsprang Utløpsområde for steinsprang INTRO Teori Metode Resultat & Diskusjon Konklusjon Studieområde Sjøåsberget Utløysingsområde for snøskred Utløpsområde for snøskred Aktsemdområde for jord- og flomskred N 4

5 Teori: Definisjonar Fjellskråning > 45 Intro TEORI Metode Resultat & Diskusjon Konklusjon Inndeling etter volum (Devoli et al., 2011): Steinsprang: < x 100 m 3 Steinskred: x 100 x m 3 Fjellskred: > x m 3 Internasjonalt: Rock fall 5

6 Sprekker og eigenskapar Intro Tal sprekkesett Orientering Bergartstype Strøk Fall retning TEORI Metode Resultat & Diskusjon Konklusjon Avstand Uthaldenheit Opning Sigevatn Fall 6 Styrke og forvitring Fylling (Wyllie og Mah, 2004) Ruheit Diskontinuitet type: lagdeling, sprekke Blokk form/storleik

7 Stereografisk projeksjon og kinematisk analyse Planutgliding TEIKNFORKLARING: Pol-konsentrasjon Stor sirkel - skråning Intro TEORI Metode Resultat & (Wyllie og Mah, 2004) Referanse -sfære Senit α f α s Kileutgliding α f Stor sirkel - diskontinuitetsplan Fallretning - skråning α f Fallretning - glidning α s Diskusjon Konklusjon Flatetro nett Pol til planet Utvelting α i α s Fallretning - utvelting α t Storsirkel α f α t Fallretning - skjeringslinje α i Utfall av hengande blokk (Domaas og Grimstad, 2014) 7

8 Registrering av rørsler Intro Målebolt TEORI Metode Resultat & Diskusjon Konklusjon Satellittbasert InSAR Rørlser i mm-skala. (Lauknes, 2010) 8

9 Utløpsmodellering av steinsprang/steinskred Intro TEORI Metode Resultat & Diskusjon Konklusjon Rockyfor3D (Dorren, 2015) DHM raster Input: blokkdimensjon, kjelde, densitet, blokkform, terrengruheit, terrengtype Samanstøyt: 10 funksjonar (R n, d, m, v + k) Skog Utdata Trajecto3D (Noël et al., 2017) Punktskyer Input: blokkdimensjon, kjelde Samanstøyt: likning frå Wyllie, 2014 a og b Skog? Utdata 9

10 Metode: Felt- og laboratoriearbeid Intro Teori METODE Resultat & Diskusjon Konklusjon Feltarbeid (14 dagar) Sprekker Schmidt-hammer JCS, R og r a/l-metoden JRC Inngangsparameter til utløpsmodellering Laboratoriearbeid (8 dagar) Bergmekaniske testar Einaksial trykktest σ c50, E t og ν Punktlasttest (PLI) I a50 10 Tilttest φ b Densitet av bergartsprøve, ρ Testar på forvitringsmateriale Kornfordelingsanalyse Cu Frisvelling, FS

11 Avgrensing og volumberekning av potensielt ustabile parti og scenario Intro Avgrensing Uthandande sprekker Avløyste sprekker Teori METODE Resultat & Diskusjon Konklusjon Volumberekning Volumet av prisme (L x B x H) Areal av område x h Min, maks og gjennomsnitt Lengdeprofil 11

12 Stereografisk- og kinematisk analyse Intro Teori Pol-konsentrasjon: (Rocscience, 2016) Veldig signifikant: > 6 % Marginalt signifikant: 4-6 % Ikkje signifikant: < 4 % METODE Resultat & Diskusjon Konklusjon Friksjonsvinkel: Residual friksjonsvinkel, φ r (Barton og Choubey, 1977) φφ rr = φφ bb rr RR 12

13 Rørslemåling Måling mellom måleboltar med bladsøker (feeler gauge) Intro Teori METODE Resultat & Diskusjon Konklusjon (Foto: Roar Gartland) 13

14 Intro Teori METODE Resultat & Diskusjon Konklusjon Utløpsmodellering Rockyfor3D - Bartfjell - Bartfjell m/dekke - Bustadområde - Morene - Steinsprangavsetning - Asfalt Trajecto3D Kjelde 14

15 Resultat og diskusjon: Sprekkesett og basis friksjonsvinkel Intro Teori S1 S//F Sprekkesett S//F S1 S2 Sprekketype Sprekke // Sprekke Sprekke foliasjon Fall [ ] Fallretning [ ] SD [ ] ±10,7 ±15,0 ±15,9 Metode S2 RESULTAT & DISKUSJON φ b - Alle målingar totalt for blokka Konklusjon Frekvens Tilttest gj. φ b Korr. φ b Basis friksjonsvinkel, φ b [ ] 15

16 Potensielt ustabile parti og scenario A ØNØ B S2-19m S2-25m Sjøåsberget S2-20m Intro Teori Metode RESULTAT & 5 m?? S1??? DISKUSJON Konklusjon C TEIKNFORKLARING Observert sprekke Tolka sprekkeforløp Sjøåsblokka Scenario I 16 Sprekkesett S1 S2 S//F Tilfeldig? Tolka tilhøyring av sprekkeflate Scenario II Scenario III Sjøåsberget Scenario A Scenario B Parti C Parti D

17 Sjøåsblokka Intro Teori Metode RESULTAT & DISKUSJON Konklusjon I II III d 1 [m] d 2 [m] d 3 [m] Volum [m 3 ] Sc I 4 3 1,5 18 Sc II 8,5 3 2,7 68 Sc III

18 Kinematisk analyse Sjøåsblokka GP-N S2 Intro Teori Metode RESULTAT & DISKUSJON Konklusjon PARAMETER Skråning: 62 /229 Friksjonsvinkel: 26 Lateral grense - Planutgliding: 20 - Utvelting: 10 TEIKFORKLARING Skråning Sprekkesett GP-N: 76 /181 ± 6,7 GP-S-n: 36 /357 ± 9,2 GP-S-ø: 63 /314 ± 13,3 GP-S-t: 58 /318 ± 20,6 270 / /46 Nedre halvkule Flate-tro projeksjon S//F GP-N GP-S-n S2 GP-S-ø S1 + Planutgliding Kileutgliding Primær sone Sekundær sone Utvelting 1σ Gj. orientering 259 /40 S//F GP-S-t S1 18

19 Utløpsmodellering Sjøåsblokka Rockfor3D Trajecto3D Scenario I Nådd sannsyn [%] Rockyfor3D Scenario I Intro Teori Metode 60 m Scenario II Scenario II RESULTAT & DISKUSJON Nådd sannsyn [%] Trajecto3D Konklusjon Scenario III Scenario III 19

20 Rørslemålingar Rørslemålingar av Sjøåsblokka med bladsøker InSAR-data Intro Teori Metode RESULTAT & DISKUSJON Konklusjon Forflytting [mm] Forflytting [mm] Forflytting [mm] 0,50 0,46 0,42 0,38 0,34 0,30 0,38 0,34 0,30 0,26 0,22 0,18 0,14 Målebolt 1 Målebolt 2 - Horisontal 3,50 3,46 Målebolt 2 - Vertikal 3,42 3,38 3,34 3,30 3,26 3,22 3,18 3, Sjøåsberget -0,3 til -0,6 mm/år 20

21 Konklusjon vegen vidare? Intro Teori Metode Resultat & Diskusjon KONKLUSJON Rockyfor3D og Trajecto3D har størst forskjell i utløp og sannsyn for det største scenarioet til Sjøåsblokka Utløpsmodellering med RocFall (Rocscience), før eventuelle faresoner blir vurdert Sjøåsblokka har ei mulig kileutgliding Fullføre stabilitetsberekninga av Sjøåsblokka, før forslag til eventuelle sikringstiltak Ingen signifikante stadfesta målingar av rørsler ved Sjøåsblokka eller Sjøåsberget. Bruken av bladsøker som måleverktøy burde bli grundigare evaluert 21

22 Referansar Devoli, G., Eikenæs, O., Taurisano, A., Hermanns, R., Fischer, L., Oppikofer, T. og Bunkholt, H. (2011) Plan for skredfarekartlegging Delrapport steinsprang, steinskred og fjellskred. Dorren, L. K. A. (2015) Rockyfor3D (v5.2) revealed: Transparent description of the complete 3D rockfall model. Tilgjengeleg frå: (Henta: ). Lauknes, T. R. (2010) Rockslide mapping in Norway by means of interferometric SAR time series analysis, University of Tromsø. Noël, F., Cloutier, C., Turmel, D. og Locat, J. (2016) Using Point Clouds as Topography Input for 3D Rockfall Modeling, i Aversa, S., et al. (red.) Landslides and Engineered Slopes. Experience, Theory and Practice: Proceedings of the 12th International Symposium on Landslides (12-19 June 2016), Napoli, Italy. CRC Press, s Noël, F., Wyzer, E., Jaboyedoff, M., Cloutier, C. og J., L. (2017) Development of a 3D rockfall simulation model for point cloud topography (EGU poster). EGU General Assembly Vienna. Noël, F., Jaboyedoff, M., Cloutier, C., Mayers, M. og Locat, J. (2017) The effect of slope roughness on 3D rockfall simulation results, i Corominas, J., et al. (red.) RocExs 2017: 6th Interndisciplinary Workshop on Rockfall Protection (22 24 May 2017), Barcelona, Spain. International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE), s

23 Referansar og takksigelser Rocscience (2016) DIPS v.7.0 [Programvare]: Web-help. Tilgjengeleg frå: (Henta: ). Wyllie, D. C. og Mah, C. W. (2004) Rock Slope Engineering : Civil and Mining. 4th. utg. London: Spon Press. Wyllie, D. C. (2014) Rock fall engineering : development and calibration of an improved model for analysis of rock fall hazards on highways and railways, The Univeridty of Britich Columbia. Wyllie, D. C. (2014) Calibration of rock fall modeling parameters, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 67, s Ein takk til: François Noël, P.hd. i Risk Analysis Group ved Universitet i Lausanne (Veileder: Michel Jaboyedoff) Marie Bredal, NGU (Geofarer og jordobservasjon) 23

24 24

25 25 Swiss Geoscience Meeting i Davos

26 New Zealand geohazards Co-seismic landslides as a record of Alpine Fault ground motion Astrid Vetrhus

27 Outline of talk Tectonic overview The Newmark model Landslide case studies Modifications to the Newmark model Spatial analyses Preliminary results

28 Auckland Wellington Dunedin

29 The Alpine Fault ~500 km offset Last earthquake: 1717 No existing geological constraints on ground motion 30% chance of rupture within next 50 years Photo: NASA

30 The Newmark Model FFFFFF = μμ cos αα sin αα aa cc = FFFFFF 1 sin αα From Jibson (2011)

31 The Cascade rock avalanche 2x vertical exaggeration From Barth (2014)

32 The Round Top rock avalanche Headscarp Deposit

33 The modified Newmark model FFFFFF = μμ cos αα + μμ cos ββ αα sin αα aa cc = FFFFFF 1 sin αα

34 Spatial analysis Headscarp River

35 Spatial analysis Headscarp Alluvial fan

36 Model sensitivity for Cascade 16 Model sensitivity: Factor of Safety 1.2 Model sensitivity: Critical acceleration varies ( ) varies ( ) 14 varies (65 5 ) varies (65 5 ) varies ( ) 1.1 varies ( ) Factor of Safety 8 6 Critical acceleration (g) FoS = Index Index

37 Model sensitivity for Round Top 16 Model sensitivity: Factor of Safety 1.2 Model sensitivity: Critical acceleration varies (10 5 ) varies (10 5 ) 14 varies (65 5 ) varies (65 5 ) varies ( ) 1.1 varies ( ) Factor of Safety 8 6 Critical acceleration (g) FoS = Index Index

38 Results 16 Round Top vs. Cascade: Factor of Safety 1.2 Round Top vs. Cascade: Critical acceleration Round Top Round Top 14 Cascade Cascade Factor of Safety 8 6 Critical acceleration (g) FoS = Index Index Medians: 6.78 (CRA) and 6.28 (RT) Medians: 0.85g (CRA) and 0.92g (RT)

39 Summary The Alpine Fault is likely to rupture in Mw 7-8 earthquake in the not too distant future Geological constraints on ground motion, based on the Newmark model Median estimates of 0.85g (CRA) and 0.92g (RT) Alpine Fault earthquake could potentially produce PGAs of >1g

40 Acknowledgements Supervised by Karen Mair (UiO), Mark Stirling and Virginia Toy (Otago) Dept of Geology, University of Otago Tim Davies (Uni Canterbury) Nic Barth (ex Otago)