Fleksible nettkonstruksjoner som sikringstiltak mot sørpeskred i Vannledningsdalen

Abstract

I forprosjekteringen av ulike sikringsløsninger i Vannledningsdalen på Svalbard, er det kommet opp et forslag om bruk av fleksible nettkonstruksjoner som en del av et mulig tiltak mot sørpeskred. Det er ikke kjent at dette er gjort tidligere, og det må derfor legges ned et arbeid i det å kartlegge hva som skal undersøkes i prosjekteringen videre, og hvordan dette kan gjøres. I denne oppgaven er noen av utfordringene med sikringstiltaket tatt opp, og informasjon er hentet inn fra både nedskalerte forsøk, simuleringer i programmet REEF3D og publikasjoner om lignende sikringstiltak mot flomskred.

Det er foreslått fremgangsmåter for å anslå hvordan barrierene påvirker utløpsdistansen til sørpeskredene, fordi dette er vanskelig å få med i kjente skredsimuleringsprogrammer. I tillegg er det gjort en vurdering av ulike metoder for lastberegning på barrierer truffet av flomskred, for å undersøke om noen av disse kan tilpasses til å beskrive lasten fra sørpeskred på nettkonstruksjoner. Disse beregningsmetodene er brukt på skredmassene i nedskalerte forsøk i ei egenlagd testrenne, hvor en fri strøm av sørpemasser er sendt mot rigide gitterbarrierer med to forskjellige maskestørrelser. Belastningen på barrierene er også målt i forsøkene, slik at beregningsmetodene skal kunne sammenlignes med målingene.

I forbindelse med designet av forsøkene er det undersøkt hvordan sørpeskred kan nedskaleres, og hvilke utfordringer som oppstår. Som for flomskred, har massene i seg selv en sammensetning som ikke nødvendigvis kan skaleres, og overføringsverdien til resultatene fra nedskalerte forsøk på sørpeskred må derfor vurderes nøye før bruk. Det betyr at forsøkene som må gjøres for å hente tilstrekkelig med informasjon om fleksible nettbarrierer i sikring mot sørpeskred til å komme videre i arbeidet i Vannledningsdalen, må være i større skala, hvilket fort blir kostbart.

Det er derfor forsøkt å finne et dataprogram som egner seg til å simulere sørpeskredene i interaksjonen med nettbarrierer, med det formål at et slikt program etterhvert vil kunne redusere behovet for storskala forsøk. Programmet som er testet i oppgaven, er et simuleringsprogram laget for bruk på væskestrømning rundt faste konstruksjoner, kalt REEF3D. Fra simuleringene kan det blant annet hentes ut informasjon om belastningen på gitterbarrieren, og en visualisering av massene i løpet av interaksjonen. Ved sammenligning med målinger og observasjoner fra forsøkene, er det riktignok funnet ut at programmet må videreutvikles for å kunne gi nyttige resultater når det kommer til simulering av sørpeskred.

Arbeidet med simuleringene har dermed ikke har ført til noen god løsning, men de øvrige undersøkelsene gjort på rigide gitterbarrierer i oppgaven kunne danne et godt grunnlag for videre arbeid med forsøk og beregninger på fleksible barrierer.

During the pre-planning of mitigation work around Vannledningsdalen in Svalbard, it is suggested to install flexible net structures to prevent slush flows from making damages to the settlement. This practice is not previously used in mitigation against slush flows, so there are several subjects that must be examinated throughout the planning phase of the project. In this thesis some of the subjects are addressed, and information for evaluating them is gathered from downscaled laboratory tests, computer simulations, and publications about similar mitigation works against debris flows.

Procedures to predict how installation of net barriers will affect the run-out distance of slush flows are discussed, which is a challenge in the simulation programs commonly used for estimating run-out distances. Another addressed subject is how the loading on net barriers subjected to slush flows can be calculated. Methods for calculating the loading from debris flows have been gathered and assessed in case they can be adjusted to slush flows on net barriers as well. The calculation methods are used on the down scaled slush flows in laboratory tests, where slush is released down a chute and onto two rigid lattices with differing fineness. A comparison is then made between the calculated loads, and loads measured directly in the tests.

Just as for debris flows, downscaling slush flows has led to challenges, as the material in the flow is taken directly from the nature, and thus cannot be scaled down. Therefore, the necessary tests to achieve the information needed for further work in Vannledningsdalen must be in larger scales, or even full scale.

Because large-scale tests are expensive, it is considered if it is possible to simulate the interaction between slush flows and net barriers, with the aim to reduce the need for tests in the long run. The program used in the thesis is called REEF3D and is made for simulating flows around rigid structures. By comparison with observations and results from the downscaled laboratory tests, it does not seem to provide realistic simulations of the slush flows in the tests. Even though the work with simulating the slush did not lead to any result that easily can be used further, the other work on the rigid lattice barriers in the thesis seem to make a solid groundwork for further testing and calculations on net flexible net barriers.