• norsk
    • English
  • norsk 
    • norsk
    • English
  • Logg inn
Vis innførsel 
  •   Hjem
  • Fakultet for ingeniørvitenskap (IV)
  • Institutt for bygg- og miljøteknikk
  • Vis innførsel
  •   Hjem
  • Fakultet for ingeniørvitenskap (IV)
  • Institutt for bygg- og miljøteknikk
  • Vis innførsel
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.

3D-effekter på stabilitet av skråninger utsatt for lokale laster

Sundahl, Torkel
Master thesis
Thumbnail
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2779429
Utgivelsesdato
2020
Metadata
Vis full innførsel
Samlinger
  • Institutt for bygg- og miljøteknikk [3701]
Beskrivelse
Full text not available
Sammendrag
Metodene for å regne ut stabiliteten til en skråning utarter seg tradisjonelt ved en 2Dbetraktning. Dette har dog sine begrensninger. Essensiell informasjon kan forsvinne, da

last, skrånningsgeometri, grunnforhold og andre forhold kan endre seg langs skråningen.

Dette vil ikke en 2D-analyse fange opp.

Det er konsensus om at sikkerhetsfaktoren bestemt ved en 3D-analyse (FoS3D) bestandig

er høyere enn sikkerhetsfaktoren bestemt ved 2D-analyse (FoS2D). Dette gjelder både ved

analyser basert på grenselikevekt og ved analyser gjort med bruk av elementmetoden.

Differensen mellom de nevnte sikkerhetsfaktorene vil riktignok variere stort. Enkelte hevder

differansen i sikkerhetsfaktor er på 5-10% ved ellers like forhold, andre kommer fram til

større differanser. En del av differansen kan ofte tilskrives begrensninger 3D-analysen har

som ikke 2D-analysen har.

Denne oppgavens hovedformål er å forsøke og avdekke hvor stor differansen er mellom 3Dog 2D-analyse for skråninger utsatt for lokale laster. Analysene gjort er primært utført med

elementmetodeprogrammene PLAXIS 2D og 3D. Terrenglasten påført har et kvadratisk

projisert overflateareal, og har derfor begrenset utstrekning langs skråningen. Skråningen

brukt som utgangspunkt gjennom analysen har en enkel geometri med helningsgradient

1:1, altså β = 45°, skråningshøyde H = 2 m, terrenglastlengde = 2 m. Ved analysene er det

benyttet jord med udrenert oppførsel og skjærstyrke. Drenasjetype C er valgt i PLAXIS.

Dette medfører totalspenningsanalyse av situasjonen. Skjærstyrken er som utgangspunkt

satt til su = 30 kPa.

Sammenligning av FoS3D og FoS2D ved last som beskrevet over gir stor differanse ved

økende lastnivå. Analysen er gjort ved å gradvis øke lastnivået (10 kPa per steg). Uten

last er differansen mellom FoS3D og FoS2D ca. 10%. Denne forskjellen må i stor grad

kunne tilskrives at 3D-analysen gir unøyaktig svar. Ved økende last øker differansen til

omtrent 90% i favør FoS3D. Deretter vil differansen igjen synke. Ved lastnivået som gir den

største differansen har det utviklet seg en tydelig 3D-bruddmekanisme i skråningen. Det

samme skjer også ved variasjon av skråningshøyde og skråningshelning. Det viser seg at

det kan være en sammenheng mellom utvikling av bruddmekanisme og det dimensjonsløse

forholdet q

γ·H

. Typisk vil 3D-mekanisme inntreffe første gang ved 0, 6 <

q

γ·H < 1.

Det er flere begrensninger med 3D-elementanalyse sammenlignet 2D-elementanalyse.

For eksempel beskrives 3D-elementers forskyvning mindre presist enn hva tilfellet

er for 2D-elementer, da 3D-elementer har færre noder og dermed lavere ordens

interpolasjonsfunksjoner. Videre kan grensebetingelsene gi en viss innspenning selvom

jorden får bevege seg langs randen. Andelen ubalanserte krefter kan være vesentlig større.

I tillegg viser det seg at 3D-modellen finner gradvis mer elastisk energi for hvert steg som

utføres ved sikkerhetsfaktoranalyse. Brorparten av differansen er det dog grunn til å tro

er berettiget.

iii

Det er grunn til å tro at reell differanse i sikkerhetsfaktor mellom 3D-analyse og 2D-analyse

for kvadratisk last nær skråningstopp for lastnivå der 3D-mekanisme første gang inntreffer

er større enn 50 % ved totalspenningsanalyse.
 
Slope stability analysis is traditionally executed in two dimensions. There are though some

limitations associated with 2D-analysis. Essential information might be lost, e. g. variation

of load, slope geometry, ground conditions along the slope. These variations would not a

2D-analysis take into consideration. There is some consensus that safety factors based on

3D-analysis (FoS3D) always are higher than safety factors based on 2D-analysis (FoS2D).

This is the case by both by applying limit equilibrium method (LEM) and by use of

the finite element method (FEM). The difference between the two safety factors would

though vary greatly. Some claims the difference to be within 5-10%, others claim to have

proven the difference is higher. Some of the difference might in general be the case due to

limitations the 3D-analysis process compared to 2D-analysis.

This thesis main objective is to find out how big the difference between FoS3D and FoS2D

is when local terrain loads are applied. And how much of the difference which is to be

considered reasonable. The analysis is primarily executed applying the finite element

program PLAXIS 2D and PLAXIS 3D. The terrain load has a quadratic projected surface

area, and therefore limited extent along the slope. The slope used as a basis throughout

the analysis has a simple geometry with an inclination of 1:1, height of 2 m, terrain load

length of 2m. For the analysis, soil with undrained behaviour and shear strength is applied.

Drainage type C is chosen in PLAXIS. This means that the situation is calculated based

on total stress analysis.

Comparison of FoS3D and FoS2D, with terrain loads as explained, give great differences

with increasing load levels. With ”ideal” terrain load levels the difference is approximately

90% in favour of FoS3D. Further increase in load level will lead to a reduction in the

obtained safety factor. When the load level that gives the highest difference in safety factor

is applied, a distinct 3D failure mechanism has developed. The same phenomena occur

with variation of slope height and slope inclination. There happens to be a relationship

between the development of failure mechanism and the dimensionless factor q

γ·H

. Typically

the 3D failure mechanism will first occur when 0, 6 <

q

γ·H < 1.

There are several limitations of a 3D-analysis compared to a 2D-analysis applying the finite

element method. 2D-analysis does involve higher order interpolation functions. Boundary

conditions might have higher effect on the 3D-analysis than the 2D-analysis. The amount

of unbalanced forces might be higher applying 3D-analysis. Furthermore, the 3D-analysis

tends to find unlimited amount of elastic energy using Safety-analysis in PLAXIS if the

steps are set to infinity.

There is reason to bealive that the true difference between FoS3D and FoS2D obtained by

the finit element method with qudratic terrain loads close to the slope crest can be bigger

than 50% using total stress analysis.
 
Utgiver
NTNU

Kontakt oss | Gi tilbakemelding

Personvernerklæring
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Levert av  Unit
 

 

Bla i

Hele arkivetDelarkiv og samlingerUtgivelsesdatoForfattereTitlerEmneordDokumenttyperTidsskrifterDenne samlingenUtgivelsesdatoForfattereTitlerEmneordDokumenttyperTidsskrifter

Min side

Logg inn

Statistikk

Besøksstatistikk

Kontakt oss | Gi tilbakemelding

Personvernerklæring
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Levert av  Unit