Utbredelse av kvikkleire muligheter med resistivitetsmålinger Inger-Lise Solberg Berg- og geoteknikk Statens Vegvesen Teknologidagene 2008 Temadag Geoteknikk og kvikkleireskred 11. september 1
Innhold Bakgrunn Resistivitetsmetoden Eksempler fra prosjekter Buvika Rødde Konklusjoner 2
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 Foto: NVE www.skrednett.no 3
Geotekniske boringer vanligste metode for å kartlegge kvikkleire Utfordringer knyttet til bruk av geotekniske boringer: Stikkprøve av grunnforholdene Kan være vanskelig å få god oversikt over et område krever mange boringer Laboratorietesting av prøver er mest pålitelig men sonderinger er rimeligere og prøver blir derfor ofte nedprioritert Vanskelig tilgjengelige områder dårligere kartlagt Tidkrevende Foto: M.G.G. Bæverfjord 4
Resistivitetsmetodens muligheter for kartlegging av kvikkleireområder nyttig både geologisk og geoteknisk: Gir et kontinuerlig bilde av grunnforholdene Gunstige borlokaliteter nyttigere informasjon fra borpunktene muligens færre geotekniske boringer Relativt kostnadseffektiv og rask gjennomførbar Ikke-destruktiv metode Informasjon om lagdelingen i jorda og geologisk utvikling Dreneringsmønster Solberg 2007 5
Resistivitetsmetoden elektriske motstandsmålinger 2D resistivitetsmålinger Elektroder i bakken, koblet til kabel Et fast oppsett av strøm- og spenningselektroder utgjør en konfigurasjon Hovedtyper elektrodekonfigurasjoner: Wenner, Schlumberger og Dipole-dipole Elektrodeavstanden bestemmer dybderekkevidde og oppløsning Strøm settes til (2 elektroder) spenning måles (2 elektroder) Motstand beregnes (Ohms lov: R=U/I) Foto: I.L. Solberg Prinsipp for oppsett: Wenner elektrodekonfigurasjon Prinsipp for CVES (Dahlin 1993) 6
Antatte resistivitetsverdier i løsmasser Saltholdig leire har minst motstand: 1-10 Ωm Utvasket leire / mulig kvikk leire: 10-80 Ωm (Dette kan også være siltige masser eller leire som er forbi det kvikke stadiet) Tørrskorpeleire, grovere materialer: over 80 Ωm (Fjell har som regel motstandsverdier på flere tusen Ωm) Alltid gradvise overganger i profilet 7
Eksempler fra prosjekter Buvika (Skaun kommune) Rødde (Melhus kommune) 8
PhD prosjekt i Buvika Eksempel 1 Institutt for geologi og bergteknikk (IGB), NTNU 2003-2007 Finansiering av prosjektet: NGU, NVE, ICG, NTNU Et av delprosjektene: Evaluere resistivitetsmetodens evne til bl.a. å kartlegge kvikkeleireutbredelse 9
Buvika Tykke marine avsetninger Påvist kvikkleire og mange skredgroper Mye bakgrunnsdata p.g.a. ny E39 Muligheter for å studere veiskjæringer i løsmasser 10
11
12
13
Store mengder geotekniske data (ny E39) Sammenlignet med resultatene fra resistivitetsmålingene
Resistivitetsprofiler i Buvika Profil 3 NGU har målt 13 2D resistivitetsprofiler i Buvika med Wenner elektrodekonfigurasjon (2, 5 og 10 m elektrodeavstand)
Resistivitetsprofil 3 2 m elektrodeavstand Blå: Saltholdig leire har minst motstand :1-10 Ωm Grønn: Utvasket leire / mulig kvikk leire: 10-80 Ωm Oransje/rød: Tørrskorpeleire, grovere materialer: over 80 Ωm 16
Geotekniske boringer i Buvika Øst Vest Geotekniske data fra Skanska Norge AS 17
Geotekniske boringer i Buvika Øst Vest Geotekniske data fra Skanska Norge AS 18
Sammenligning Blå: Saltholdig leire har minst motstand: 1-10 Ωm Grønn: Utvasket leire / mulig kvikk leire: 10-80 Ωm Oransje/rød: Tørrskorpeleire, grovere materialer: over 80 Ωm
Borprofiler og resistivitetsprofiler i Buvika 3D-visualisering i ArcScene
Hovedkonklusjoner fra resistivitetsmålingene i Buvika Generelt godt samsvar mellom boringer og resistivitet Metoden ser ut til å kunne skille mellom mulig kvikk og ikke kvikk leire, men må kombineres med andre metoder Resistivitetsmålinger kan være nyttig i forkant av boringer kartlegge mulige kvikkleireforekomster og deres geometri optimal plassering av borpunkter redusere/utvide faresoner kartlegge barrierer for skred Bedre forståelse av områdets geologiske oppbygging 21
Nytt prosjekt på Rødde Eksempel 2 Treårig forskningsprosjekt (2007-2010): Resistivity in Geohazards RiG RiG er et samarbeidsprosjekt mellom SINTEF og NGU (Norges Geologiske Undersøkelse) SINTEFs del av prosjektet finansieres av: NVE (Norges vassdrags- og energidirektorat) Statens vegvesen (gjennom etatssatsingen Klima og Transport) Jernbaneverket Statens landbruksforvaltning 22
Mål for prosjektet Kombinere geofysikk, geologi og geoteknikk innen problemstillinger knyttet til kvikkleire 1. Videre testing av resistivitetsmetoden for kartlegging av kvikkleire og annen informasjon om grunnforhold Elektrodekonfigurasjoner, prosessering Kontroll med 1D resistivitet (CPTU) 2. Teste anvendeligheten av resistivitetsmetoden i mht videre bearbeidelse av faresoner for kvikkleireskred Geometri/tykkelse av kvikkleire Plassering av kvikkleire i skråningen Barrierer for skred 3. Utredning av kost- og nytteverdi ved bruk av resistivitetsmetoden 23
Studieområde To faresoner for kvikkleireskred i Melhus er i samarbeid med NVE valgt ut: Rødde og Stokkaunet Farekart Typisk leirområde Få geotekniske undersøkelser i området NVE ønsker å evaluere disse sonene siden de har høy fare- og risikograd Risikokart 24
25
Kvartærgeologisk kart (Solberg & Glåmen 2004, modifisert fra Reite 1983) 26
Mot sør Melhusryggen Februar 2008
Mot øst Mot øst April 2008
NGU har målt 7 2D-resistivitetsprofiler på til sammen 6500 m Rødde Stokkaunet
NGU har målt 7 2D-resistivitetsprofiler på til sammen 6500 m N Profilnr Profillengde (m) Elektrodekonfig. Wenner Gradient Elektrodeavstand (m) Gj.sn. dyp (m) Relativ oppløsn. P1 1600 X X 10 130 Lav P2 800 X X 5 60 Moderat P3 800 X X 5 60 Moderat P4 1100 X 5 60 Moderat P5 1000 X 5 60 Moderat P6 800 X 5 60 Moderat P7 400 X 5 60 Moderat
Resultater 3D-visualisering i ArcScene P2 P5 P3 P6 P7 P1 P4 Sett mot sørvest. P1 (P2), P5 og P4 krysser hverandre. Blå: Saltholdig leire har minst motstand :1-10 Ωm Grønn: Utvasket leire / mulig kvikk leire: 10-80 Ωm Oransje/rød: Tørrskorpeleire, grovere materialer: over 80 Ωm
Bra overlapp mellom kryssende profiler P2 P5 P1 P1 P5 P4 32
Profil P1 og P2 (Gradient) 10 m elektrodeavstand Blå: Saltholdig leire har minst motstand :1-10 Ωm Grønn: Utvasket leire/mulig kvikk leire: 10-80 Ωm Oransje/rød: Tørrskorpeleire, grovere materialer: over 80 Ωm 5 m elektrodeavstand
Profil P1 og P2 (Gradient) 10 m elektrodeavstand Blå: Saltholdig leire har minst motstand :1-10 Ωm Grønn: Utvasket leire/mulig kvikk leire: 10-80 Ωm Oransje/rød: Tørrskorpeleire, grovere materialer: over 80 Ωm 5 m elektrodeavstand
Profil P1 og P2 (Gradient) Nye NTNU-boringer (prøver) - bløte, trolig siltige masser Rambøll (totalsond.) -Liten bormotstand! (Kvikk 10-40 m) 10 m elektrodeavstand NGI (dreietrykk) -Liten bormotstand! (Kvikk 10-40 m) 5 m elektrodeavstand Blå: Saltholdig leire har minst motstand :1-10 Ωm Grønn: Utvasket leire/mulig kvikk leire: 10-80 Ωm Oransje/rød: Tørrskorpeleire, grovere materialer: over 80 Ωm
Profil P1 og P2 (Gradient) 10 m elektrodeavstand Drenerte hauger Tørrskorpe Skredmasser Isolerte høymotstandskropper grove masser? Avsatt under isavsmeltningen? Gamle elveleier? Kvikkleireutvikling Skråning - bekkenivå Dyp til fjell 5 m elektrodeavstand Blå: Saltholdig leire har minst motstand :1-10 Ωm Grønn: Utvasket leire/mulig kvikk leire: 10-80 Ωm Oransje/rød: Tørrskorpeleire, grovere materialer: over 80 Ωm
Foreløpige konklusjoner fra Rødde Mange spennende problemstillinger Godt utgangspunkt for flere undersøkelser Få boringer, men stort sett godt samsvar med resistivitetsprofilene 37
Foreløpige konklusjoner fra Rødde Mange spennende problemstillinger Godt utgangspunkt for flere undersøkelser Få boringer, men stort sett godt samsvar med resistivitetsprofilene Videre arbeid: Nye geotekniske boringer (NTNU, NVE) Studenter, PhD stipendiater Modellering Barrierer (begrensninger for et eventuelt kvikkleireskred?) Faresoners størrelse (utvide eller begrense?) Publisering (bl.a. håndbok) 38
Sluttkommentarer Bruk av resistivitetsmetoden for å kartlegge mulig kvikkleire har gitt lovende resultater, og metoden kan i tillegg gi annen nyttig informasjon om undergrunnen bør brukes inn mot flere prosjekter 39
Sluttkommentarer Bruk av resistivitetsmetoden for å kartlegge mulig kvikkleire har gitt lovende resultater, og metoden kan i tillegg gi annen nyttig informasjon om undergrunnen bør brukes inn mot flere prosjekter Spørsmål eller innspill? 40