Ingeniørgeologisk kartlegging og numerisk modellering i UDEC og RS2, med parameterstudier, for Fornebubanen
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2780196Utgivelsesdato
2020Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
I forbindelse med prosjektering av den nye t-banestrekningen Fornebubanen har det blitt uttrykt interesse for å se nærmere på ingeniørgeologisk numerisk modellering. Målet med denne oppgaven er å sammenlikne de to modelleringsprogrammene UDEC og RS2, primært mht. modelleringsresultater, for et utvalgt tverrsnitt langs Fornebubanen. Valgt tverrsnitt befinner seg sør for Flytårnet stasjon på Fornebulandet. Som grunnlag for den numeriske modelleringen er det utført et litteraturstudium og feltarbeid for å bli bedre kjent med prosjektet og geologien i prosjektområdet, samt å skaffe input til modelleringen.
Feltarbeidet som er gjennomført i forbindelse med denne oppgaven indikerer at bergmassen i prosjektområdet i stor grad er som beskrevet i litteratur. Bergmassen består hovedsakelig av knollekalk med lokale magmatiske intrusjoner og tegn til folding. Det er to hovedsprekkesett i knollekalken som kan observeres i hele feltområdet. Egenskaper i bergmassen varierer internt i bergartsgrupper og mellom ulike sprekkesett. Generelt vurderes bergmassekvaliteten som middels til dårlig med RMR og GSI.
Parameterstudier inngår i forbindelse med modellering i de to programmene. Internt i de to parameterstudiene vurderes resultatene som logiske. Destabiliserende justeringer, som redusert sidespenning, sprekkefyll, redusert GSI og introduksjon av sprekker, medfører f.eks. økte forflytninger og høyere last og flere brudd i bolter. Bergsikring har derimot stabiliserende effekt. Det mest ustabile området i modellene ser ut til å være ved pilar. Modellering av sprekker påvirker mønstrene til de ulike resultatene.
UDEC-resultatene vurderes generelt å være fornuftige i både størrelsesorden og mønster. Feltresultatene gir svært ulike resultater i UDEC og RS2 mht. størrelsesorden, der RS2-resultatene er en del lavere enn UDEC-resultatene. Med redusert GSI og vha. sprekkemodellering blir RS2-resultatene mer like UDEC-resultatene. Det er samtidig flere ting som tyder på at RS2 med Hoek-Brown-bruddkriteriet er dårligere egnet til å simulere denne bergmassens oppførsel på en realistisk måte enn UDEC.
RS2-modellen som vurderes som best egnet til å studere det aktuelle tverrsnittet, av RS2-modellene denne oppgaven, er en RS2-modell med GSI basert på feltresultatene og eksplisitte sprekker. Man bør imidlertid være kritisk særlig til størrelsesorden på modelleringsresultatene fra en slik modell, da disse ikke nødvendigvis vurderes som helt realistiske for bergmassen i dette tilfellet. Det kan argumenteres for at modelleringen i RS2 i mange tilfeller gir gode nok resultater, men for den aktuelle bergmassen anbefales modellering i UDEC for fornuftige modelleringsresultater. Den numeriske modelleringen i denne oppgaven demonstrerer hvordan valg av modelleringsprogram, bruddkriterier og input er av betydning i forbindelse med ingeniørgeologisk numerisk modellering. During planning of the new metro line Fornebubanen, interest has been expressed for a study of engineering geological numerical modelling related to the project. The goal of this thesis is to compare the two modelling programs UDEC and RS2, primarily with respect to modelling results, for a selected cross section along the metro line. The selected cross section is located south of Flytårnet station at the Fornebu peninsula. As basis for the numerical modelling, a literature study and field work has been conducted, to become better acquainted with the project and the geology of the project area, as well as to provide input for the modelling.
The conducted field work indicates that the rock mass in the project area is largely as described in literature. The rock mass mainly consists of alternating layers of shale and limestone nodules, with local magmatic intrusions and sign of folding. Two main joints sets can be recognized in the layered rock mass across the field area. Properties in the rock mass vary within rock types and between joint sets. Generally, the rock mass is of medium to poor quality, according to the RMR and the GSI-system.
The numerical modelling includes parametric studies. The results within each parametric study are considered logical. Destabilizing adjustments, such as reduced horizontal stress, addition of joint coatings, reduced GSI and introduction of joints, results in for instance increased displacements and higher loads in and more failure of rock bolts. Rock support increases stability. The most unstable area in the models appears to be the pillar area. Modelling joints affects the patterns of the different results.
In general, the UDEC modelling results are considered reasonable in both magnitudes and patterns. When modelling with field results as input, the magnitudes of the RS2 modelling results are significantly lower than the UDEC modelling results. By reducing the GSI and introducing joints in the RS2 models, the results from the two modelling programs become more alike. Nonetheless, RS2, with the Hoek-Brown failure envelope, seems to be less suited for realistic simulation of the behavior of this rock mass, compared to UDEC.
An RS2 model with GSI based on field results and explicit joint modelling is considered the most suitable RS2 model for studying the selected cross section, of all the RS2 models in this thesis. It is, however, important to be critical of especially the magnitude of the modeling results of such a model, since these aren't necessarily considered realistic for the rock mass in question. One may argue that the RS2 modelling in many cases may provide sufficiently good results. Still, in order to get reasonable modelling results for this rock mass, modelling in UDEC is recommended over RS2. The numerical modelling of this master thesis demonstrates how choice of modelling program, failure envelope and input is of importance during engineering geological numerical modelling.