Tolkning av dynamiske jordegenskaper Corneliu Athanasiu Roy Michel Nalbant Innhold Del A: Hvor i prosjektering av konstruksjoner for jordskjelvpåkjenning og hvilke parametere trenger vi? Del B: Bestemmelse og tolkning av dynamiske jordparametere Del C: MASW metoden og eksempel Del D: Sammenligning av feltforsøk og andre korrelasjoner 1
A. Hvor og hvilke parametere A. Hvor og hvilke parametere 2
A. Hvor og hvilke parametere A. Hvor og hvilke parametere 3
A.Hvor og hvilke parametere A.Hvor og hvilke parametere Prosjekteringsfase Problem stilling 4. Vurdering av postsykliske setninger (re-konsolidering, kryp) -Utføres for å estimere rekonsoliderings- og krypsetninger under fundament Dynamiske jordparametere dynamisk, degradert skjærstyrke, s u cy akkumulert poreovertrykk, Du cy Re-konsoliderings setningsmoduli, M pc, C Rps, 4
B.Bestemmelse av jordparametere After Dong-Soo Kim, B.Bestemmelse av jordparametere 5
B.Bestemmelse av jordparametere B.Bestemmelse av jordparametere 6
B.Bestemmelse av jordparametere B.Bestemmelse av jordparametere 7
B.Bestemmelse av jordparametere Korrelasjon Forklaringer Material Reference G max = A B (2.17 e)2 (σ (1+e) m) m A B=16600, m=0.4 A B =2360-3090, m=0.6 A-Parameter avhengig av syklisk tøynings amplitude B-parameter avhengig av korn størrelse og fordeling e-pore tall σ m gjennomsnittlig effektivt konsolideringstrykk m-eksponent clean sand sand med > 50% fin korn (passing no.200 mesh) (diameter <0.074 mm) Iwasaki and Tatsuoka (1977) Higushi et al, 1981 Iwasaki, T. and F. Tatsuoka -1977-Effect of grain size and grading on dynamic shear moduli of sands. Soil and Foundations 17 (3): 19-35 Higushi, Y., Y. Umehara, and H. Ohneda 1981- Evaluation of dynamic properties of the sand deposits under deep seabed. Proc. Of the 38th Annual Convention of the Japanese Soc. Of civil engineering, 3 : 50-51 8
B.Bestemmelse av jordparametere Korrelasjon Forklaringer Material Reference G max = 1000 K 2,max (σ m) 0.5 Alternativt: G max = 22 p a (0. 6 D r + 16) σ m p a K2,max koeffisient avhengig av lagringstetthet (Tabell) s m - effektiv gjennomsnitt spenning, i pcf pa-atmosferisk trykk Dr -lagringstetthet i (%) Sand, grus Seed and Idris (1970) Multiconsult Tolkning av laboratorium undersøkelser (200) B.Bestemmelse av jordparametere For vanlige normalkonsolidert leirer kan man estimere normalisert G max ved hjelp av likningen for I p > 15 G max /s u DSS = 325+55/(I p /100) 2 Basert på noen labbforsøk på en kvikkleire har vi funnet: G max /s u DSS 800-900 Etter Kaynia - NGF kurs i geoteknisk prosjektering-2010 9
B.Bestemmelse av jordparametere Korrelasjon Forklaringer Material Reference G max /su = 504/w L for Ip<0.20 G max /su = ( 208 + 250) for Ip>0.20 Ip wl-flytegrense Ip- plastisitets indeks (wl, Ip i desimaltall) Bløt leire Larsson and Mulabdic (1991) G max /su = 47500/(5 + 10 (Ip 5) 0.4 ) for Ip<20% G max su = 20800 + 250 /(0. 95 + 0. 01 (Ip 20) 0.7 ) Ip For Ip>20% wl-flytegrense Ip- plastisitets indeks(wl, Ip i prosenter) Bløt leire Modifisert-CA - 2005 B.Bestemmelse av jordparametere 10
G/Gmax B.Bestemmelse av jordparametere FIELD TESTS Geophysical tests e.g. Cross-Hole Forced vibrations at surface LAB TESTS Resonant column tests Free vibrations field tests Static tests (CPT, Dilatometer, Pressiometer, etc) Triaxial, simple (/direct) shear tests Torsional shear tests PROBLEMS Earthquakes Machine foundations 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10 0 10 1 Strain g in % Retaining walls Foundations Tunnels B.Bestemmelse av jordparametere 1.2 1 Calculated Measured 0.8 0.6 G G 0.4 0.2 o 0 0.00001 0.0001 0.001 0.01 g i 0.1 1 g ult 10 Cyclic shear strain (%) max 1 1 c1 tan (exp( c2 g log( )) g i c1 tan c 2 1 Gult 1 Gmax g ult (exp( c2 log( )) g 2 c o 1 r 11
B.Bestemmelse av jordparametere B.Bestemmelse av jordparametere After Andersen -2007, (Karlsrud-2010) 12
B.Bestemmelse av jordparametere s u = s u,ref t ref a log( t ) (log t ref t b) a, b empiriske koeffisienter: for Drammen plastisk leire: a=0.55, b = -6.2 tref=140 min Bløt leire Multiconsult- Tolkning av laboratorium undersøkelser (2000) Del C: MASW metoden og eksempel Kilder: Internt kollokvium (Sandven, 2012) Resultater fra feltforsøk fra Apex Geoservices v/ Peter O Connor Tolkning av resultater av Prof. Mike Long (University of Dublin) I samarbeid med Multiconsult v/ Prof. Rolf Sandven, Roy Nalbant, Asgrimur Björnsson og Kai Fremme 13
Fordeler / ulemper Ikke-destruktivt forsøk (+) Måling foregår under in situ betingelser og riktige spenningsforhold (+) Effekt av prøveforstyrrelse unngås (+) Tolkning av resultater krever spesialkompetanse (+/-) Tolkning kan påvirkes noe av antagelser og forutsetninger (-) Påvirkes av bakgrunnsstøy (-) Uklare og vanskelig definerbare rammebetingelser (-) Seismiske metoder - prinsipp 14
Analyse av overflatebølger SASW (Spectral analysis of surface waves) MASW (Multichannel analysis of surface waves) CASW (Continuous analysis of surface waves) Analyse av overflatebølger SASW (Spectral analysis of surface waves) MASW (Multichannel analysis of surface waves) CASW (Continuous analysis of surface waves) 15
Overflatebølger Seismiske bølger som forplanter seg langs overflaten Rayleigh-bølger benyttes mest (kan sammenlignes med bølger på vannoverflaten) Avhengig av de dispersive egenskaper til jorden forplantningshastigheten avhenger av bølgefrekvensen Høy frekvens nær overflaten Lav frekvens involverer dypere lag Måleteknikken er ikke-penetrerende Skjær- og Rayleighbølge Partikkelbevegelsen er på tvers av forplantningsretningen. Partikkelbevegelsen er elliptisk i vertikalplanet og parallell med forplantningsretningen. Amplituden avtar med dybden. 16
MASW Tilsvarende utstyr og datainnsamlingsprosedyrer som benyttes i konvensjonelle refraksjons-seismiske undersøkelser En energiutløsning er tilstrekkelig Effekten av bakgrunnsstøy kan reduseres ved «stacking» (flere slag og målinger) Kan påvise hastighetsinversjoner (fast lag over bløtt lag) Kan påvise P-bølge refraksjon MASW - Metodikk Generering av vertikale bevegelser i jorden Detektering og måling av overflatebølge Bestem en dispersjonskurve Inverter dispersjonskurve Utled et profil med stivhet mot dybde 17
MASW Generering og måling av overflatebølge Overflatebølge - dispersjon Variasjon i elastiske egenskaper med dybden bølgehastigheten vil avhenge av bølgelengden Lavfrekvente bølger med stor bølgelengde går dypere enn høyfrekvente bølger med kort bølgelengde Plott av bølgehastighet for overflatebølge mot frekvens eller bølgelengde gir «dispersjonskurve» 18
Inversjon av dispersjonskurve Denne prosedyren konverterer en dispersjonskurve til et profil med skjærbølgehastighet mot dybde. En antatt jordmodell (lagtykkelse, seismisk hastighet V s, densitet ρ, Poisson s tall μ) gis som input og en syntetisk dispersjonskurve fås som resultat. Den syntetiske kurven sammenlignes med feltkurven (målt oppførsel). Seismisk hastighet V s oppdateres etter hver iterasjon til den syntetiske dispersjonskurven er tilpasset feltkurven. Eksempel fra Fredrikstad Seut bru i nærheten av Fredrikstad Ved lokasjon 1 og 3 er det tatt ut prøveserier og utført CPTU Ellers generelt totalsonderinger MASW forsøkene ble utført av Apex Geoservices 19
Bilder 24 vertikale geofoner. Her c/c 1m. 4 kg slegge. Slagplate. Bilder Vertikale geofoner (jordspyd gir effektiv utsetting) PC m/logger Det utføres flere slag for å «stacke» resultatene for å minimalisere bakgrunnstøy 20
Bilder Kommer greit til også i tett vegetasjon. Resultater Lokasjon 1 Kommentarer: V s tolkning fra CPTU med Long & Donohue (2010) er nærmere målte verdier enn Mayne & Rix (1995) (Long, M.) Bender element forsøk viser lavere enn målte verdier i felt Lokasjon 3 (Long, M.) 21
Del D: Sammenligning feltforsøk og andre korrelasjoner MASW forsøk viser V s varierende mellom ca. 80-140 m/s for kvikkleiren, og i hovedsak litt over 100 m/s For NC kvikkleire og leirinnhold 40 % anbefales iht. RIF-veileder: G max =800-900s ud => V s = G max ρ = 900 20kN m 2 17 kn m 3 9,81 m s 2 = 102m/s Del D: Sammenligning feltforsøk og andre korrelasjoner MASW forsøk viser V s varierende mellom ca. 80-140 m/s for kvikkleiren, og i hovedsak litt over 100 m/s For NC kvikkleire og leirinnhold 40 % anbefales iht. RIF-veileder: G max =800-900s ud => V s = G max ρ = 900 20kN m 2 17 kn m 3 9,81 m s 2 = 102m/s 22
Takk for oppmerksomheten Spørsmål? 23