Effekten av konkave og konvekse kurvaturer i horisontalplanet for stabilitetsanalyser
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3022653Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
2D-analyser er ofte foretrukne fremfor 3D-analyser ved vurdering av skråningsstabilitet i dengeotekniske bransjen. Årsaken for dette er at 2D-analyser ofte er konservative, i tillegg til at deer enkle i bruk. Imidlertid er analysene basert på antagelsen om plan tøyningstilstand, og ereksempelvis ikke representative for skråninger med kurvatur. I slike tilfeller kan det oppstå 3Deffekterpå grunn av kurvatur. Slike kurvatureffekter kan gi økt stabilitet, men det er usikkerheterknyttet til hvilke aspekter som er mest utslagsgivende. For å etablere en bedre forståelse avhvordan kurvatureffekten påvirker stabiliteten, er det ønskelig å studere ulike kurvaturformeri horisontalplanet, med variasjon av radius og bruddflatens dybde. Dette er to av flere muligeparametre som påvirker stabiliteten til skråninger med kurvatur.
For å undersøke kurvatureffekten ble det først gjort en litteraturstudie for å kartlegge påvirkningenav kurvatur basert på tidligere studier. Deretter har bedrifter i bransjen blitt kontaktet for åundersøke hvordan generelle 3D-effekter benyttes i praksis. Videre er det utført en case-studiemed tolkninger av grunnundersøkelser, samt 2D- og 3D-analyser for å undersøke stabilitetsforholdeneog kurvatureffektene i en ravinedal på Tofte. I tillegg er det blitt gjort 2D- og 3D-analyserav flere idealiserte skråninger for å undersøke hvordan radius og bruddflatens dybde påvirkerkurvatureffekten, samt når de kan være utslagsgivende for stabiliteten.
Tidligere litteratur sier at kurvatur kan gi en stabiliserende effekt. Resultatene i oppgaven samsvarermed dette og viser opp til 23 % økning av sikkerheten som følge av konkav kurvatur. Økningener imidlertid mindre for konveks, som på det meste gir 15,5 % økning av sikkerheten.Videre er det vist at avtagende radius fører til økt kurvatureffekt, mens reduksjon i bruddflatensdybde fører til redusert kurvatureffekt ved lave radier. Når det gjelder ravinedalen på Tofte, viserresultatene at stabiliteten ikke er tilstrekkelig selv ved inkludering av kurvatureffekter.
Analyser i oppgaven er basert på en rekke forenklinger, slik at det er usikkerheter knyttet til anvendelighetenav resultatene. Likevel kan økt sikkerhet ved enkle aksesymmetriske eller 3Danalyserbrukes som en innledende vurdering av kurvatureffektene, og kan indikere om detbør utføres mer omfattende 3D-analyser. I tilfeller hvor kurvaturen er fremtredende og 2Dstabilitetener rett under sikkerhetskravet, kan kurvatureffekten brukes som et argument for åfriskmelde skråningen, gitt at det er utført beregninger som dokumenterer dette. 2D slope stability analyses are regularly favored over 3D analyses in geotechnical engineering.This is because 2D analyses are conservative and easy to implement.However, such analyses arebased on the assumption of a plane strain geometry, and thus not representative for slopes withcurvature. In such cases, significant curvature effects may occur, and therefore increase the stability.Despite the increasement of stability, there are uncertainties related to which aspects aremost influential for the curvature effects. Therefore, it is necessary to study different curvatureshapes in the horizontal plane, with variation of curvature radius and slip surface depth.
The effects of curvature were first investigated through a literature study. Furthermore, severalgeotechnical consulting companies were contacted in order to map how 3D-effects in generalare used in practice. As part of a case study, interpretations of ground investigations, as well as2D and 3D analyses were conducted to investigate the stability conditions and curvature effectsin a ravine valley at Tofte. Moreover, several 2D and 3D analyses of idealized slopes have beencarried out to investigate how radius and slip surface depth affect the curvature effect, and tostudy the magnitude of their impact on the stability.
Previous literature indicate that curvature can enhance the stability of a slope. The results in thepresent thesis correspond to this and indicate up to 23%increased stability due to concave curvature.The increase is smaller for convex, which is maximum 15,5 %.Moreover, it is shown thatdecreasing radius leads to increased curvature effect, whereas reduction in the depth of slip surfaceleads to decreased 3D-effect at small curvature radii. Lastly, the analysis based on the ravinevalley at Tofte indicate insufficient stability even when the curvature effects are considered.
The conducted analyses are based on several simplifications. Hence, there are uncertaintiesrelated to the usefulness of the results. Simple safety analyses based on axisymmetric or 3Dmodelscan yet be used as an initial assessment of the curvature effects. Such analyses can alsoindicate if more comprehensive 3D-analyses should be considered. In cases where the curvatureof a slope is prominent, the curvature effects can be used as a argument to determine thesafety of the slope as sufficient. However, such assessments should only be applied for slopeswith safety factor just underneath the requirement.