Geoelectrical methods for mapping of quick clay in landslide area in Gjerdrum, Norway

Abstract

Kvikkleireskred kan føre til voldsom ødeleggelse som kan ha innvirkning både på menneskeliv og kritisk infrastruktur. Denne masteroppgaven tar for seg undersøkelsene som ble utført i Gjerdrumsområdet i Norge etter det katastrofale kvikkleireskredet i desember 2020. Geofysiske undersøkelser, henholdvis Electrical Resistivity Tomography and towed Transient Electromagnetics er analysert og sammenlignet mot geotekniske undersøkelser (dreietrykkssondering, totalsondering og cone penetration test), samt laboratorieundersøkelser fra en omfattende andel prøvetakninger. Avhandlingen har som mål å etablere lokale resistivitetsintervaller for ulike jordmaterialer (kvikkleire, ikke-utvasket leire og skredmasser) i dette området, og forstå diverse faktorer som har innvirkning på dette. Resultatene viser en definitiv grense for ikke-kvikk oppførsel i leiren når resistivitets-målingene er under 10 Ωm. Kvikkleire ble funnet mellom 10-150 Ωm, mens ikke-utvasket leire ble funnet mellom 1-150 Ωm. Det ble funnet tydelige sammenhenger mellom resistivitet, omrørt skjærstyrke og sensitivitet. Leirinnhold, tyngdetetthet, vanninnhold og plastisitetsindeks hadde ingen tydelig innvirkning på resistiviteten i prøvene. For å vurdere nytteverdien og troverdigheten til de geofysiske undersøkelsene for lokalisering av sensitive leirer, er en sammenligningsstudie utført. Analysen avslørte at de geofysiske undersøkelsene viste sammenlignbare tendenser og verdier til tross for utfordrende forhold i skredområdet. I tillegg har kombinasjonen av metodene vist seg å kompensere for hverandres respektive begrensninger. Metodene har vist seg å ha troverdighet i de tilfeller der de samsvarer godt. Oppgaven trekker også frem mulighetene med tTEM som et effektivt alternativ med potensial til å redusere antall nødvendige borhull i prosjektsammenheng og for kartlegging av kvikkleire.

Quick clay landslides can cause extensive devastation impacting human-life and critical infrastructure. This Master’s thesis focuses on the investigation of the Gjerdrum area in Norway, following a catastrophic quick clay landslide that occurred in December 2020. A set of geophysical investigations, including Electrical Resistivity Tomography and towed Transient Electromagnetics is analyzed and compared to in situ geotechnical measurements (i.e., rotary pressure sounding, total soundings, and cone penetration test) as well as laboratory testing from a comprehensive collection of samples. The main aim is to establish local resistivity-thresholds for distinct soil materials (i.e., quick clay, unleached clay, landslide mass) in this area, while achieving an understanding of the various factors that influence this. The results demonstrate a definitive threshold for non-quick behavior in clay when the resistivity measures fell below 10 Ωm. Quick clay was found in a threshold of 10-150 Ωm, while unleached, non-sensitive clay was located between 1-150 Ωm. It was found clear correlation between resistivity, remoulded shear strength and sensitivity. Clay content, bulk density, water content, and plasticity index were found to not have any clear affection on the resistivity of the samples. A comparison was made between the geophysical methods, in order to assess the usefulness and dependability when applied to investigation of sensitive clays. The analysis revealed that the geophysical measurements exhibit consistent trends and values despite the challenging environment (e.g., noise-sources, landslide debris, and safety measures). Also, this combination of approaches has demonstrated the ability to mitigate certain limitations inherent in each approach. The methods exhibit a notable degree of reliability when their findings are concordant. This thesis also highlights tTEM as an efficient alternative, showing its potential in reducing the required number of geotechnical boreholes within a project or for mapping purposes.