Geological and numerical stability modelling of Mannen, Romsdalen

Abstract

Romsdalen in Western Norway is a 30 km long glacial valley with a high density of past rockfalls and rock avalanches. The mountain Mannen is located at approximately 1300 meters a.s.l. and 1200 meters above the valley floor. An annual movement of 5-6 cm, involving a volume of 2-3 million m3 has been measured and the slope is classified as a high risk object. Three plausible slope failure scenarios was presented by Dahle et al. (2010) and a large rock avalanche (Scenario A) is expected within the next 100 years.

A rock avalanche deposit on the valley floor has a clear source area in the vicinity of Mannen and isused to better understand the active failure of the slope. The volume of this ancient rock avalanche is estimated to 3.9 Mm3. The slope failure is classified as a wedge failure according to Hoek and Bray (1981) and failed along ”steps” made of the gneiss foliation and a steep joint set. It is inferred that today’s failure follows a similar failure pattern. Based on this assumption, on the results of core logging, on the location of rockfall activity and on the structural measurements assessed from adigital elevation model, a geologic model of Mannen with interpreted failure mechanism and involved volumes is made. The geologic model displays an active wedge failure that involves a volume of 2-3.5 Mm3 (corresponding to Scenario A) and an inactive wedge failure that involves a volume of 25 -30 Mm3 (the maximum volume of potential failure). The statements of the activity are based on GPS measurements and on observations of the rock fall activity.

Laboratory testing of intact rock from a drill core is performed to determine the rock mechanical input parameters of the numerical modelling. The rock mass at Mannen consists mainly of a gneiss (age 2500-248.2 Ma) characterized by a ”very high strength” with regards to the uniaxial compressive strength. Based on the test results of the sample material, only small rock strength anomalies are measured along the drill core.

An analysis of the PHASE2 model indicates that pre-existing discontinuities in the rock mass are necessary to enable sliding. Based on the PHASE2 analysis it is concluded that the rock stresses has a small influence on the active slope failure at Mannen.

It is recommended to compare the results of the ground based radar scan (when they are ready) to the displacement vectors of the inactive and active failure presented in this report. In addition it is recommended to construct a 3D geologic model, this can be compared with the results of the geological and numerical model to control the limits and the mechanism of rock slope failure.

Romsdalen i vest Noreg er ein 30 km lang glasial dal med høg tettleik av steinsprang og fjellskred. Fjellet Mannen er lokalisert 1300 meter o.h. og 1200 meter over dalbotnen. Ei årleg forflytting på 5-6 cm som involverer eit volum på 2-3 millionar Mm3 har vorte målt og skråninga er klassifisert som eit høgrisiko-objekt. Tre moglege skred-scenario vart presentert av Dahle et al. (2010) og eit stort fjellskred (scenario A) er forventa innan dei neste 100 år.

Ei fjellskredavsetning på dalbotn har eit klart kjeldeområde ved Mannen og er nytta for å betre forståden aktive utglidinga i skråninga. Volumet til det eldre fjellskredet er estimert til 3.9 Mm3. Utglidingsmekanismener klassifisert som ein kile-utgliding i følgje Hoek and Bray (1981) og skråningakollapsa langs ”trappetrinn” skapt av gneis foliasjonen og eit steilt sprekkesett. Det er forventa at dagens utgliding følgjer eit tilsvarande utglidingsmønster. Basert på denne antakinga, på resultat frå kjernelogging, på lokasjon av steinsprang aktivitet og på målingar av strukturer frå ein digital høgdemodell, er det produsert ein geologisk modell av Mannen med tolka utglidingsmekanisme og involvert volum. Den geologiske modellen viser ein aktiv kileutgliding med volum 2- 3.5 Mm3 (samsvarer medscenario A) og ein inaktiv kileutgliding som involverer eit volum mellom 25 - 30 Mm3 (det maksimale volum av potensiell utgliding). Fastslåing av aktivitet til utglidning er basert på GPS målingar og observasjoner av steinsprang-aktivitet.

Laboratorie-testar av intakt fjellmateriale frå ei borkjerne er utført for å bestemme dei bergmekaniske inngangsverdier for den numeriske modelleringa. Bergmassa ved Mannen består hovudsaklig av bergarten gneis (alder 2500-248.2 Ma) karakterisert med ”veldig høg styrkje” ut i frå uniaxial trykkstyrkje. Basert på test-resultata av prøvemateriale er det kun målt mindre styrkje-anomaliar langs borkjerna.

Ei analyse av PHASE2 modell indikerer at utgliding må foregå langs eksisterande diskontinuitetari bergmassa. Basert på PHASE2 analyse er det fastslått at bergspenningar har liten innverknad på dagens utgliding ved Mannen.

Sprekkestyrkjen til UDEC modell vart anslått ved ein tilbake-analyse av ein kollapsa skråning lokalisert 200 meter SØ for Mannen. Resultata passer med generelle målingar av basis friskjonsvinkeltil Hoek and Bray (1981) og skjærstyrkje-målingar av sleppemateriale ved Åknes, ein annan aktivskråningsutgliding i vest Noreg (Grøneng et al., 2009). Det analyserte deformasjonsmønster til UDEC modell samsvarer med GPS målingar på overflata og fordeling av RQD-verdiar langs borkjerne. Skråninga ved mannen er klassifisert som ein ”overdip cataclinal” skråning og er eit kompleksutglidingsfelt med intern skjær-deformasjon og minimum 3 glideplan. Sikkerhetsfaktoren for Mannener i området 1.04- 0.98, det betyr at dei stabiliserande og drivande krefter er nesten identiske og at volumet tilknytta scenario A går mot ein kollaps.

Det er anbefalt å samanlikne resultat av bakkebasert radar-scan (når desse foreligger) med bevegelsesvektorar til den aktive og inaktive utglidning som er presentert i rapport. I tillegg er det anbefalt å kontruere ein 3D geologisk modell, denne kan samanliknas med resultat av geologisk og numerisk modell for å kontrollere grenser og mekansimer i skrånings-utglidninga.