Stability assessment of rock slope at Hommelvik along E6
Abstract
Denne masteroppgaven omhandler den planlagte vegskjæringen ved Hommelvik som er en delav det pågående vegprosjektet E6 Ranheim – Værnes som er under bygging av Nye Veier. Denvil sannsynligvis bli rundt 450 m lang og opptil 60 m høy. Denne oppgaven er organisert isamarbeid med Rambøll Norge AS, som er rådgiver for prosjektet. Målet har vært å utføre enekstern stabilitetsvurdering uten tilgang til arbeidet deres med unntak av grunnleggende datasettsom ble ansett som nødvendige for å utføre vurderingen. Denne oppgaven har benyttet ettidligere vegskjæringsdesign av Rambøll Norge AS som utgangspunkt forstabilitetsvurderingen og representerer ikke det endelige designet av vegskjæringen som skalbygges. Den omtales likevel som den planlagte vegskjæringen gjennom hele oppgaven.Målet for denne masteroppgaven har vært å få en forståelse av geologien for området, ogspesielt diskontinuitene (sprekkene) der. Orienteringene og egenskapene til de ulikediskontinuitetssettene har blitt evaluert basert på feltkartlegging, kjernelogging ogprogramvaren Discontinuity Set Extractor (DSE). Halvautomatisk utvinning avdiskontinuitetssett er oppnådd med DSE fra høydetaljerte punktskyer kartlagt frastudieområdet. Geologien i området er foldet og svært kompleks, noe som resulterer i flerelokale variasjoner i diskontinuitetssettene. Generelt er det fire hoveddiskontinuitetssett kartlagt,inkludert den sterkt dominerende foliasjonen. Det ble likevel registrert syv ulikediskontinuitetssett med DSE, altså noen lokale variasjoner i diskontinuitetssettene er registrert.Dette gjorde at den lokale varianten av et diskontinuitetssett kunne brukes vedstabilitetsvurdering av ulike seksjoner av vegskjæringen.
Hovedutfordringene knyttet til byggefasen av vegskjæringen har blitt diskutert sammen meddens langsiktige stabilitet. Stabilitetsvurderingen er utført ved bruk avbergmasseklassifiseringen Q-slope, kinematisk analyse basert på sprekkeorienteringsmålingerfra fire kjernene hentet fra borehull på toppen av vegskjæring som eksiterer der i dag, ognumerisk modellering i RS2. Stabilitetsanalysen i RS2 har evaluert tre ulike tverrsnitt som blevalgt for å passe best mulig med det totale designet til vegskjæringen. Profil AA’ uten hyller(lengst nord), profil BB’ med tre hyller (høyeste del), og profil BB’ med to hyller (lengst sør).Den første delen i RS2 inkluderer analyser av de enkelte parameterne isolert og ikombinasjoner, for å evaluere deres effekt på stabiliteten til veiskjæringen. Dette inkluderteparametere som grunnvann, jordskjelv og de ulike diskontinuitetssettene. Sensitivitetsanalyseav de bergmekaniske og skjærfasthetsegenskapene ble ikke utført da det ble utførtlaboratorieundersøkelser for å bestemme disse verdiene nøyaktig. Den andre delen i RS2inkluderte stabilitetsanalyse med en kombinasjon av de tidligere testede parameterne som bleansett som de mest realistiske. Sikkerhetsfaktoren ble beregnet til å være 1,61 for profil AA’,1,80 for profil BB’, og 2,33 for profil CC’. Sikkerhetsfaktor over 1,5 anses som langtidsstabilfor vegskjæringer.
Oppgaven konkluderer med at anleggsfasen av vegskjæringen må gjennomføres veldigvarsomt. Det er minst en knusningssone som ligger i bergmassen som omslutter den planlagtevegskjæringen. Knusningssonen har sannsynligvis en buet form som gjør den vanskelig åstabilisere og sikre. De første palluttakene for vegskjæringen vil sannsynligvis være de mestkritiske med tanke på sikkerhet og skråningsstabilitet. This MSc thesis is related to the planned road cut at Hommelvik, which is a part of the ongoinghighway project E6 Ranheim – Værnes currently under construction by Nye Veier. It will likelybe around 450 m long and up to 60 m tall. This thesis has been organized in cooperation withRambøll Norge AS, which is the consultant for the project. The goal has been to perform anexternal stability assessment without access to their work except for basic data sets, which weredeemed necessary to perform the assessment. This thesis has utilized an early road cut designby Rambøll Norge AS in the stability assessment and does not represent the final slopeconfiguration that will be built. However, it is referred to as the planned road cut during thethesis.
The goal for this MSc thesis has been to gain an understanding of the geology of the area, andparticularly the discontinuity sets (joints) there. The orientation and characteristics of thediscontinuity set have been evaluated based on field mapping, core logging, and the softwareDiscontinuity Set Extractor (DSE). Semi-automatic extraction of discontinuity sets has beenachieved with DSE from high detailed point clouds mapped from the study area. The geologyin the area is folded and highly complex, resulting in several local variations in the discontinuitysets. In general, four main discontinuity sets are mapped, including the heavily dominatingfoliation. However, DSE registered seven discontinuity sets, thus capturing some localvariations in the discontinuity sets. This meant that the local best fit variation of thediscontinuity set could be used during stability assessment of different sections of the road cut.The main challenges related to the excavation phase of the road cut have been discussed, alongwith long-term the stability. The stability assessment has been carried out using the rock massclassification system Q-slope, kinematic analysis based on joint orientation measurements fromthe four core drilled boreholes at the top of the current road cut, and numerical modelling inRS2. The stability analysis in RS2 has evaluated three different cross-section profiles, set tobest to fit the overall slope configuration of the planned road cut. Profile AA’ with no benches(furthest north), profile BB’ with three benches (tallest part), and profile BB’ with two benches(furthest south).
The first part in RS2 includes sensitivity analyses of the individual parameters isolated and incombinations to evaluate their effect on the stability of the road cut. The tested parameters weregroundwater, earthquake, and the different discontinuity sets. Sensitivity analysis of the rockmechanical and shear strength properties was not performed as laboratory investigations wereconducted in the thesis to determine these values accurately. The second part of numericalmodelling in RS2 included stability measures and a combination of the earlier tested parametersdeemed the most realistic. The factor of safety was calculated to be 1.61 for profile AA’, profileBB’ was 1.80, and profile CC’ was 2.33. A factor of safety of 1.5 is regarded as long-term stablefor road cuts.
The thesis concludes that great care must be taken during the excavation phase of this projectand as at least one crushed zone is located within the rock body surrounding the planned roadcut. The possible curved geometry of the crushed zone makes it difficult to stabilize and secure.The first few stages of the excavation sequence will likely be the most critical in terms of theslope’s overall stability.