En studie av sprekkevannstrykk og klimatiske forhold på Åknes, med fokus på Lugeon- og piezometermålinger

Abstract

Masteroppgaven er skrevet av Johanne Gjerstad, som en avsluttende del av sivilingeniørstudiet Tekniske Geofag ved NTNU Gløshaugen, Trondheim. Det er i tillegg utarbeidet en engelsk, supplerende artikkel i samarbeid med Marte Hyllseth, der resultater fra Hyllseth og undertegnede sammenstilles, tolkes og diskuteres.

Masteroppgaven omhandler det ustabile fjellpartiet på Åknes i Stranda kommune, Møre og Romsdal. Det største estimerte fjellskredvolumet er 54 millioner m^3 med påfølgende flodbølger på opptil 100 meter. Mange menneskeliv kan gå tapt dersom fjellskred inntreffer.

Det pågående dreneringsprosjektet på Åknes ledes av Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE). Det skal redegjøres for dreneringsmuligheter av grunnvannet som stabiliserende effekt i fjellsiden. Før tiltak iverksettes kreves flere undersøkelser, kontinuerlig overvåking og bedre forståelse av det komplekse grunnvannssystemet. Hensikten og målet med denne masteroppgaven er å bidra i prosjektet ved å gjøre beregninger og tolkninger av endringer i sprekkevannstrykket basert på Lugeon- og piezometertester i 2017- og 2018-borehullene.

Overvåkingssystemet Differential Monitoring of Stability (DMS) i borehullene KH-01-17, KH-02-17, KH-01-18 og KH-02-18 måler kontinuerlig blant annet endringer i grunnvannsnivå med piezometere ved ulike dybder. Resultater fra piezometerdata viser at hydraulisk potensial [moh.] hovedsakelig avtar og trykkhøyden [m] øker mot dypet. De nederste piezometerene i DMS-kolonnene viser avtagende/økende trend i hydraulisk potensial henholdsvis i løpet av vinter og sommer/vår og høst. Ved samme dybder er Lugeonverdiene lave eller tilnærmet lik null. I disse bergmasseområdene finnes derfor antageligvis smale, utholdende sprekker med lav sprekkekonduktivitet og minimal grunnvannsstrømning. Følgelig avtar/øker sprekkevannstrykket avhengig av vanninfiltrasjon, vær og spesielt årsvariasjoner.

Piezometerene i de øverste delene av DMS-kolonnene måler hovedsakelig et stabilt hydraulisk potensial over tid. Ved samme dybder er Lugeonverdiene høye i KH-01-18 og KH-02-18, opptil L=36,3. Dette indikerer store grunnvannsmengder strømmende i åpne sprekker med høy konduktivitet og lav utholdenhet. De øverste piezometermodulene ved 24 og 20 meters dybde i henholdsvis i KH-02-17 og KH-02-18 måler imidlertid signifikante endringer i hydraulisk potensial som samsvarer med vanninfiltrasjon fra nedbør i form av regn og/eller snøsmelting. Det er derfor antatt et hengende grunnvannsspeil som strekker seg fra KH-02-17 langs fjellsiden ned til KH-02-18. Endringer i sprekkevannstrykket var på henholdsvis 40-120 kPa og 20-30 kPa, som trolig påvirket stabiliteten i hovedglideplanet.

Endringer i sprekkevannstrykket skjer antageligvis hyppigere i fremtiden, ettersom klimamodeller peker på kraftigere og større mengder nedbør, høyere temperaturer og flere dager med ekstremvær. Utløsende årsaker til tidligere skredhendelser, både i Norge og ellers i verden, er økning i grunnvannsnivået som følge av ekstreme værhendelser. Rask økning i sprekkevannstrykk vil trolig forekomme hyppigere på Åknes i fremtiden, og kan bli en utløsende årsak til fjellskred såfremt drenering ikke fungerer som stabiliserende effekt.

This Master's thesis is written by Johanne Gjerstad as a final part of the Geotechnical Engineering Master's degree at NTNU Gløshaugen, Trondheim. Additionally, it has been prepared an English supplementary article written by Gjerstad and fellow student Marte Hyllseth, which includes results from both Master's theses that are visualized and discussed.

This Master's thesis is part of the drainage project of the unstable rock slope at Åknes in Møre & Romsdal, Western Norway. Total estimated rock avalanche volume is 54 mill. m^3 followed by a fjord tsunami generating waves up to 100 meters. Dozens of lives could be lost and the floodwave might cause destruction of infrastructure.

The prosject is led by The Norwegian Water Resources and Energy Directorate (NVE). The aim is to drain the groundwater as a stabilising effect on the rock slope. Investigations and monitoring have been carried out in the area. However, more research must be conducted before drainage plans can be implemented. Thus, the purpose of this Master's thesis is to help understanding the complex system at Åknes by doing calculations and interpretations of results from Lugeon- and piezometer tests conducted in 2017- and 2018-boreholes.

The system Differential Monitoring of Stability (DMS) in the boreholes KH-01-17, KH-02-17, KH-01-18 and KH-02-18 continuously measures groundwater level with piezometers at different depths. Results display a decrease in hydraulic potential [mbgl] and an increase in pressure head [m] with depth. The piezometers lowest in the DMS-columns show a decrease/increase in hydraulic potential during winter&summer/spring&fall. At same depths, the Lugeon values are approximately equal to zero. In these rock mass areas, there are narrow joints with high conductivity and minimal groundwater flows. Hence, a decrease/increase in joint water pressure depends on water infiltration, weather conditions and annual variations.

The upper piezometers measures a stable hydraulic potential during the testing period of several months. At the same depths, the Lugeon values are high in KH-01-18 and KH-02-18, up to L=36.6. This may indicate high quantity of groundwater freely flowing in open joints with high conductivity. However, the uppermost piezometers at 24 and 20 meters depth in KH-02-17 and KH-02-18, respectively, measures significant changes in hydraulic potential which coincides with water infiltration from rain and/or snowmelt. Thus, there is assumed to be a perched aquifer extending from KH-02-17 to KH-02-18. Changes in joint water pressure were 40-120 kPa and 20-30 kPa, respectively, which may have caused an affect of the stability in the main sliding plane.

Changes in joint water pressure may occur more frequently in the future regarding climate models addressing higher quantity of precipitation, an increase in air temperatures and extreme weather events. Main cause of previous avalanche events, both in Norway and in other countries, is an increase in groundwater table due to an extreme weather event. A rapid increase in joint water pressure might occurs more often at Åknes in the future, and may cause an avalanche unless drainage do not contribute stabilisation.