Plastring av elvebunn med sterk strøm

Abstract

Utbygging av vannkraft i områder der geologien er ung, som i Andesfjellene og Himalaya, kan være utfordrende ettersom erosjonsprosesser kan føre til at konstruksjoner bryter sammen. Dette kan spesielt være et problem der overkritisk strømning er dominerende slik som i bratte elver og nedstrøms flomluker. Plastring er erosjonssikring det har blitt forsket mye på, men hvor det fremdeles gjenstår mange spørsmål.I denne oppgaven har det blitt utført modellforsøk i en renne for å undersøke effekten av steinens form i plastring utsatt for overkritisk strømning. Plastringen legges på et horisontalt underlag, men en luke oppstrøms plastringen sørger for at overkritisk strømning kan oppnås. Steinformer som har blitt benyttet er kule, kube, cubipod, rundet og kantet stein i to størrelser. Det har også blitt gjort forsøk i en treboks for å måle egenskaper ved plastring som porøsitet, friksjonsvinkel og innlåsningsvinkel med den hensikt å finne ut hvordan disse parameterne påvirket stabiliteten til plastringene.Etablerte beregningsmetoder for dimensjonering av nødvendig steinstørrelse er empiriske og varierer i kompleksitet og bruksområde. Formlene tar liten hensyn til steinens form og innlåsningen som oppstår i en plastring. I tillegg gir metodene stor variasjon i tillatt hastighet. Analytiske formler benyttes svært lite fordi det er utfordrende å bestemme drag- og løftekoeffisientene som inngår i formlene. Formlene gir likevel nyttig informasjon om plastring, som for eksempel at steinens form har betydning for stabiliteten i tillegg til at riktig orientering av steinen kan føre til at den blir mindre utsatt for drag- og løftekrefter.Modellforsøkene viste at egenskaper som var viktig for å oppnå god stabilitet var høy tetthet og høy innlåsningsvinkel samt i noen grad høy friksjonsvinkel. Det var ikke mulig å påvise at lav porøsitet ga bedre stabilitet enn høy porøsitet. I modellforsøket ble det også studert hvordan plastringene oppførte seg ved brudd. Plastring med kube og cubipod hadde et progressivt bruddforløp, mens kantet og rundet stein hadde et klassisk bruddforløp.Det ble funnet at kantet stein var mer gunstig enn rundet stein for å oppnå høye innlåsnings- og friksjonsvinkler. Erfaring fra utleggelse av stein ga inntrykk av at innlåsningsvinkelen ikke er et riktig mål på den innlåsningen som faktisk oppstår i en plastring. Forskjellen i kritisk hastighet mellom kantet og rundet stein ble observert til å være mindre enn i en rauset sikring. Grunnen antas å være at rundet stein kan oppnå høyere innlåsningsvinkel i en plastring enn de kan i en rauset sikring.Sammenligning av kritisk hastighet fra modellforsøkene med etablerte beregningsmetoder viste at hastigheten oppnådd i modellen var høyere enn det de etablerte beregningsmetodene tillot for samme steinstørrelse. Dette sannsynligvis fordi de etablerte beregningsmetodene ikke tar hensyn til innlåsning mellom stein. Denne forskjellen var spesielt høy for helninger over 40 %. Det mangler altså gode metoder for dimensjonering av nødvendig steinstørrelse i bratte elver.