| dc.description.abstract | Skråningsstabilitet blir hovedsakelig betraktet som et 2D-problem selv om alle utglidinger er tredimensjonale i naturen. Korrekte 2D-analyser forutsetter plan tøyningstilstand. Det er utviklet flere kraftfulle beregningsprogrammer og metoder for å utføre 3D-analyser, og som gjør det mulig å ta hensyn til 3D-effektene. NVEs veileder nr. 1/2019 Sikkerhet mot kvikkleireskred, kjent som kvikkleireveilederen, krever at små K0-tiltak, som grøftegraving, ikke forverrer områdestabiliteten. Iht. veilederens vedlegg 2 kan dette ivaretas ved å gjennomføre seksjonsvis utgraving. Dersom tiltaket forverrer stabiliteten krever veilederen at sikkerhetsfaktoren F ≥ 1,40fs = 1,61. Det er kjent at seksjonsvis utgraving er en reell 3D-situasjon som gir 3D-effekter, men effektene er relativt lite dokumentert.
Innledningsvis fastsetter litteraturstudien dagens kunnskapsnivå om 3D-effekter. Deretter er 3D-effektene i analyser av seksjonsvis utgraving undersøkt for en idealisert skråningsgeometri i forstudien og for et reelt tilfelle i casestudien. Den idealiserte skråningsgeometrien tar utgangspunkt i kvikkleireveilederen og sedvanen i litteraturen. I casestudien er en reell skråning fra vegprosjektet «fv. 717 Sund – Bradden» i Rissa, Indre Fosen kommune, modellert. Stabilitetsanalysene er utført i PLAXIS 2D og PLAXIS 3D.
Med bakgrunn i litteraturen er det mulig å skille mellom fire typer 3D-effekter; sideeffekter, geometrieffekter, 3D-effekter forårsaket av lokale laster og programvareeffekter. Sideeffektene, forårsaket av faktorer som begrenser utglidningen, er betydelig større enn geometrieffektene. Sideeffektene kan øke stabiliteten med opptil det dobbelte i rotasjonsskred, mens geometrieffektene er opptil 13 % i konkave hjørneskråninger. 3D-effektene er alltid større enn 1, til og med i konvekse skråninger hvor dette er noe kontraintuitivt. Det finnes derimot et unntak; i vertikale, konvekse hjørneskråninger er 3D-effektene negative. Studiene har også påvist 3D-effekter i situasjoner som impliserer plan tøyningstilstand, dvs. hvor 2D-analyser i teorien vil gi det korrekte svaret. De utførte stabilitetsanalysene i denne oppgaven viser at 3D-effektene ved seksjonsvis utgraving er betydelig mindre enn de øvrige dokumenterte effektene. Forstudien viser at 3D-effektene er omtrent 9 % dersom avstanden fra skråningståen til fronten av grøfta LU = 6 m og seksjonslengden Bu,bunn = 4 m, mens effektene er tilnærmet neglisjerbare når LU ≥ 16 m. Casestudien viser at 3D-effektene er like beskjedne ved seksjonsvis utgraving i skråningsflaten.
De tidligere studiene, samt denne oppgaven, har vist hvor viktig det er å kun betrakte skråningsstabilitet som et tredimensjonalt problem når tilfellet representerer en reell 3D-situasjon. Litteraturstudien og casestudien viser at 3D-analyser generelt overestimerer sikkerhetsfaktoren, spesielt dersom det ikke utføres detaljerte mesh-sensitivitetsstudier i FEM-analyser, og gir 3D-effekter selv om skråningsgeometrien, lagdelingen, materialparameterne osv. impliserer plan tøyning. På grunn av de beskjedne 3D-effektene har det vist seg å være vanskelig å ikke forverre stabiliteten av den naturlige skråningen når det opprettes grøfter i skråningsflaten eller nært skråningståen. Selv om seksjonslengdene er under 6 m, er det tilnærmet umulig å opprettholde den naturlige stabiliteten når LU < 10 m. For å tilfredsstille sikkerhetskravene gitt for K0-tiltak i kvikkleireveilederen forutsettes det derfor at F ≥ 1,61. Dette sikkerhetskravet kan være vanskelig å oppnå i naturlige skråninger hvor F ≈ 1,0, og det kan bli nødvendig å flytte grøftetraseen dersom den opprettes i skråningsflaten eller nært skråningståen. | |
| dc.description.abstract | Slope stability is mainly considered as a 2D problem even though all observed failures are three-dimensional in nature. Two-dimensional slope stability analysis assumes plane strain conditions. Several powerful computational programs and methods have been developed to perform analyses in 3D, enabling 3D effects to be considered. NVE Guidelines no. 1/2019 Sikkerhet mot kvikkleireskred, also known as kvikkleireveilederen, requires that small K0 projects, such as trench excavations, in areas with brittle materials do not worsen the stability. According to the guidelines Appendix 2, this can be safeguarded by conducting sectional excavation. If the project reduces the stability, the handbook requires that the factor of safety F ≥ 1,40fs = 1,61. It is known that sectional excavation is a real 3D situation that produces 3D effects, but the effects are relatively poorly documented.
Initially, the literature study establishes the current level of knowledge about 3D effects. Then the 3D effects in analyses of sectional excavation have been investigated for an idealized slope geometry in the preliminary study and for a real slope in the case study. The idealized slope geometry is based on kvikkleireveilederen and the perception of the literature. In the case study, a real slope from the road project «fv. 717 Sund – Bradden» in Rissa, Indre Fosen Municipality, is modelled. The stability analyses are performed in PLAXIS 2D and PLAXIS 3D.
Based on the literature, it is possible to distinguish between four types of 3D effects; side effects, geometry effects, 3D effects caused by local loads and software effects. Side effects, caused by factors limiting the slide, is significantly larger than the geometry effects. Side effects can increase stability by up to twice in rotational slides, while geometry effects are up to 13 % in concave corner slopes. The 3D effects are always greater than 1, even for convex slops where it is somewhat counterintuitive. However, there is an exception; for vertical, convex corner slopes the 3D effects are negative. The studies have also proved 3D effects in plane strain conditions, i.e., in situations where 2D analyses should provide the correct answer. The stability analyses performed in this thesis prove that 3D effects of sectional excavation are significantly smaller than the other documented effects. The preliminary study prove that the 3D effects are approximately 9 % if the distance from the toe of the slope to the front of the excavation LU = 6 m and the section length of the excavation Bu,bunn = 4 m, while the effects are approximately negligible when LU ≥ 16 m. The case study prove that the 3D effects are as modest as in the preliminary study.
The previous studies, as well as this thesis, have shown how important it is to consider slope stability only as a three-dimensional problem when the case represents a real 3D situation. The literature study and case study prove that 3D analyses generally overestimate the factor of safety, especially if detailed mesh sensitivity studies are not performed in FEM analyses, and providing 3D effects even if the slope geometry, layering, soil parameters, etc. implicate plane strain condition. Due to the modest 3D effects, it has proven to be difficult not to reduce the stability of the natural slope when excavating trenches in the slope surface or near the toe of the slope. Although the section lengths are less than 6 m, it is almost impossible to maintain the natural stability when LU < 10 m. To satisfy the safety requirements given for K0 projects in kvikkleireveilederen, it is therefore required that F ≥ 1,61. This safety requirement can be difficult to obtain for natural slopes where F ≈ 1,0, and it may be necessary to move the trench line if it is created in the slope surface or near the toe of the slope. | |
