Utløsende årsaker og bruddmekanismer for kvikkleireskred Maj Gøril Bæverfjord

Transkript

1 Utløsende årsaker og bruddmekanismer for kvikkleireskred Maj Gøril Bæverfjord SINTEF Byggforsk & NTNU Geoteknikk 1

2 Kvikkleireskred Kort om noen kjennetegn hos kvikkleireskred Utløsningsfaktorer Bruddmekanismer Noen ord om hvordan man kan håndtere byggeaktivitet i kvikkleireområder 2

3 Kvikkleireoppførsel A) Leire med salt porevann B) Kvikkleire før skred, åpen og ustabil korthusstruktur C) Kvikkleire ved skred, strukturkollaps og liquefaction D) Rekonsolidert og stabil leirstruktur etter skred 3

4 Kvikkleire i Norge Kvikkleireområder i Norge: Trøndelag Østlandet Deler av Nord-Norge Deler av Vestlandet og Sørlandet 4

5 Leire og leirskred former landskapet Bløt, sensitiv leire betyr mer eller mindre flatt terreng Lav-viskøs debris-flow Rasmassene kan flyte utover store, også flate områder Fyller i nedsynkninger i terrenget 5

6 Kvikkleireskred Ofte smale skredporter Rasmassene når langt Karlsrud et al (1985) Skredet i Skjelstadmarka i

7 Årsaker for kvikkleireskred Den korte versjonen: Løsmasser, berg og sleppemateriale har begrenset skjærstyrke Tyngdekraften skaper (statiske) skjærspenninger i skråningene En skråning blir ustabil når skjærspenningene langs en potensiell skjærflate overskrider den tilgjengelige skjærstyrken Skred resulterer fra: Ekstreme verdier for en enkelt parameter Kombinasjoner av parameterverdier Menneskelig aktivitet Naturlige hendelser (f.eks jordskjelv og fjellskred) 7

8 Skredutvikling Section A-A A A (Illustrasjon fra Lars Grande) 8

9 Skredutvikling Section A-A A A (Illustrasjon fra Lars Grande) 9

10 Skredutvikling Section A-A A A (Illustrasjon fra Lars Grande) 10

11 Masser som sklir på et sjikt av sensitiv leire 11

12 Masser som sklir på et sjikt av sensitiv leire 12

13 Masser som sklir på et sjikt av sensitiv leire 13

14 Utløsende mekanismer Udrenert Drenert Stabilserende vekt av jord Destabiliserende vekt av jord og evnt. fylling 14

15 Utløsende mekanismer Økningen i poretrykk vil avta med den tilgjengelige friksjonen Stabilserende vekt av jord Destabiliserende vekt av jord og evnt. fylling 15

16 Utløsende mekanismer Last Økningen i poretrykk vil avta med den tilgjengelige friksjonen Stabilserende vekt av jord Destabiliserende vekt av jord og evnt. fylling 16

17 Utløsende mekanismer Last Utgravning Erosjon Økningen i poretrykk vil avta med den tilgjengelige friksjonen Stabilserende vekt av jord Destabiliserende vekt av jord og evnt. fylling 17

18 Stabilitet - grunnprinsipper 18

19 Inngrep i kvikkleireterreng kan være problematisk Plan Tverrsnitt 19

20 Inngrep i kvikkleireterreng kan være problematisk Plan Tverrsnitt 20

21 Inngrep i kvikkleireterreng kan være problematisk Plan Tverrsnitt 21

22 Inngrep i kvikkleireterreng kan være problematisk Plan Tverrsnitt 22

23 Typiske bruddmekanismer a) Lokale/initielle skred, som ofte opptrer som monolittiske rotasjonsskred b) Retrogressive skred, som flyter blokkvis utover med bratte, ustabile bakvegger som forårsaker at andre blokker raser ut. Er ofte utløst av et initalskred som i a). Går ofte raskt og kan bli svært store, og ofte flaskehalsformet. c) Monolittiske flakskred er skred som sklir ut som store flak. Kan oppstå svært raskt og uten forvarsel. Oppstår gjerne der man har kontinuerlige lag av høysensitive/kvikke masser under/bak rasmassene. d) Vertikal innsynkning og/eller sidelengs spredning (Etter Karlsrud et al, 1985) 23

24 Bruddmekanismer I en konvensjonell likevektsanalyse vurderes forholdet mellom mobilisert skjærspenning langs en potensiell bruddflate og skjærstyrken. Forholdet mellom skjærspenning og skjærstyrke gir sikkerhetsfaktoren F. Man antar en samtidig full mobilisering av skjærstyrken langs hele bruddplanet. F.eks. stabilitet A B τ C σ 24

25 Bruddmekanismer Dette medfører ikke nødvendigvis riktighet for lange glideflater i sensitiv leire/kvikkleire. Sensitiv leire og kvikkleire viser ofte en sprø bruddutvikling, og mister styrke etter at maksimal skjærstyrke er nådd. Full skjærstyrke kan derfor ikke mobiliseres samtidig langs hele bruddflaten. τ ε c A B C ε 25

26 Progressiv bruddutvikling Maksimal styrke nås først, men kan i noen tilfeller også reduseres i et tidlig stadium av skredutviklingen, der man har høye skjærdeformasjoner. Når deformasjonen øker reduseres skjærstyrken etter maksimalnivået og man opplever økt belastning på andre steder langs den potensielle glideflaten, og man får en progressiv skredutvikling. Jamfør skredsituasjoner med initialskred i i skråningen som får hele skråningen til å kollapse. 26

27 Progressiv bruddutvikling Progressiv bruddutvikling kan forklares som klosser langs et skråplan. Motstanden mot glidning for hver kloss antas gitt av skjærspenningen, som når en maksimalverdi for så å avta med økende bevegelse nedover planet. Uendelig stive fjærer Myke fjærer (Illustrasjon fra Gustav Grimstad, NTNU) 27

28 Progressiv bruddutvikling Rent elasto-plastisk mobiliseres maksimal skjærspenning under alle klossene samtidig. Introduserer man myke fjærer mellom klossene får man et system som er mer representativt for bruddsituasjonen i en skråning. Her illustreres en progressiv bruddutvikling som starter ovenfra og forplanter seg nedover skråningen. Uendelig stive fjærer Myke fjærer (Illustrasjon fra Gustav Grimstad, NTNU) 28

29 Progressiv bruddutvikling Maksimal skjærstyrke mobiliseres ikke lenger samtidig under alle klossene. Den nødvendige kraften for å initiere glidning er mindre med en progressiv bruddmodell Uendelig stive fjærer Myke fjærer (Illustrasjon fra Gustav Grimstad, NTNU) 29

30 Kvikkleireskred Kvikkleireskred (eller skred i sensitiv leire) kan opptre langs (lange) glideflater med en beregnet sikkerhetsfaktor høyere enn kritisk, men der skredutviklingen initieres av et mindre skred. Dette initialskredet kan være satt i gang av fyllingsarbeider, utgraving eller erosjon i skråningsfoten etc Topografien i området kan være tilsynelatende troskyldig, f.eks uten stor helning. Finneidfjord (1996), Verdalen (1893) og Storeggaraset (8000 BP) med 1 3% helning i skredterrenget, men noen steilere ved initialskredet Leistadskredet også i et slakt terreng 30

31 Hva gjør man? Påvise og kartlegge kvikkleire og svært sensitive leirer Posisjon og mektighet Inger-Lise Solberg vil snakke om bruk av resistivitetsmålinger i kvikkleirekartlegging senere i dag Grundige grunnundersøkelser Posisjon og mektighet av sensitive lag Poretrykksmålinger 31

32 Hva gjør man? 7,2m Stabilitetsanalyser Likevektsanalyser? Elementmetodeanalyser? Udrenert analyse? Drenert analyse? SENSITIVITETSANALYSE 21,6m Sammenligning: FEM gir F = 1,24 Direktemetoden, (r u = 0,4) gir F = 1,26 32

33 Drenert eller udrenert analyse Må vurderes i hvert enkelt tilfelle, men som et utgangspunkt: Drenert analyse (effektivspenningsanalyse) Drenerende materialer De fleste naturlige skråninger, uten noen form for inngrep eller aktivitet Langtidstilstand for skråninger og skjæringer (også leirer) Når poretrykket er en del av problemstillingen Udrenert analyse (totalspenningsanalyse) Korttidsanalyse av leire og lavpermeable løsmasser under lasting og pålasting Midlertidige fyllinger eller utgravinger Dynamiske laster Vurdering av sikkerhet I byggefasen 33

34 Elementmetoden i stabilitetsanalyse Vår erfaring er at: FEM er et effektivt verktøy for stabilitetsanalyse. En stor fordel at f.eks Plaxis automatisk finner den mest kritiske glideflaten For rene stabilitetsberegninger kan vi bruke en enkel materialmodell og fokusere på styrkeparametre (+geometri, tyngdetetthet, laster, poretrykk etc.) Riktig poretrykksfelt helt avgjørende i drenerte tilfeller Kan overføre prinsipper og erfaringer fra likevektsanalyser God ADP modell mangler i komersielle FEM programmer Mer erfaring vedrørende bruk er ønskelig Uavhengige kontroller er alltid viktige 34

35 Hva gjør man? Viktig å utvise varsomhet i byggefasen Poretrykkskontroll? Oppfølging av alle planer God kommunikasjon mellom alle involverte Omforente krav til gjennomføring og ikke minst omforente rutiner for hva som skal skje dersom et krav ikke er oppfylt 35

36 Takk for invitasjonen! Takk for oppmerksomheten! Og takk til barnevakten!! 36