Stabilitetsvurdering av ustabile blokker i veiprosjektet OPS Hålogalandsvegen

Abstract

Denne masteroppgaven er skrevet i sammenheng med utbyggingen av OPS Hålogalandsvegen og omhandler stabilitetsvurdering og sikring av bergskjæringer. To ustabile blokker i to ulike forskjæringer er brukt som casestudier. Case A omfatter en ustabil kile med kileutglidning som utglidningsmekanisme og en kompleks geometri i en forskjæring. Case B omfatter en ustabil blokk med planutglidning som utglidningsmekanisme i en annen forskjæring. Masteroppgaven er skrevet i samarbeid med Multiconsult, som er innleid konsulent i veiprosjektet. Gjennom samarbeidet med Multiconsult ble det gjennomført en feltundersøkelse for å innhente nødvendige inngangsparametere for å utføre stabilitetsanalyser av begge Casene. Videre ble det utført laboratorieundersøkelser basert på en steinprøve tatt med fra feltundersøkelsen. Til slutt ble resterende inngangsparametere identifisert gjennom litteratursøk og beregninger.

Fra feltundersøkelsen og en enkel kinematisk analyse ble det bekreftet at det i Case A var fare for kileutglidning, og i Case B var fare for planutglidning. Deretter ble det gjort en parameteranalyse for å vurdere hvilke inngangsparametere som hadde størst innvirkning på stabiliteten i begge casene. Det ble funnet at Joint Roughness Coefficient (JRC), svakhetsplanenes orientering, residual friksjonsvinkel og vanntrykk har størst betydning for stabiliteten av de ustabile blokkene.

Stabilitetsvurderingene ble utført ved bruk av likevektsberegningsverktøyene SWedge og RocPlane med bruk av partialfaktormetoden. Resultatene viste at begge blokkene var ustabile. For Case A ble to ulike sikringsalternativer foreslått. Det ble konkludert med at etablering av dreneringsrør og installering av 18 kombinasjonsbolter med en diameter på 25 mm og en lengde mellom 4-8 meter var det beste alternativet. Dette sikringsalternativet fører til en kostnad som er 36,5 \% lavere enn å fjerne kilen. For Case B viste resultatene at sikringen som var gjort var konservativ ifølge partialfaktormetoden, og at det var mulig å sikre mindre og fortsatt være innenfor kravet til partialfaktormetoden.

Hovedfunnene i masteroppgaven er at likevektsberegningsverktøy som SWedge og RocPlane kan ha vanskeligheter med å modellere komplekse blokk og kile geometrier. Videre vil usikkerheter knyttet til viktige inngangsparametere redusere troverdigheten til stabilitetsanalysen, noe som kan føre til mer konservative og kostbare sikringstiltak enn det som er nødvendig.

This master's thesis is written in connection with the development of the OPS Hålogalandsvegen and deals with the stability assessment and safety measures of road cuts. Two unstable blocks in two different cuts are used as case studies. Case A involves an unstable wedge with wedge sliding as the sliding mechanism and a complex geometry in a tunnel cutting. Case B involves an unstable block with planar sliding as the sliding mechanism at a different tunnel cutting.

The master's thesis is written in collaboration with Multiconsult, which is a hired consultant in the road project. Through the collaboration with Multiconsult, field investigations were carried out to obtain the necessary input parameters to perform stability analyses of both cases. Furthermore, laboratory investigations were conducted based on a rock sample taken from the field investigations. Finally, the remaining input parameters were identified through literature searches and calculations.

From field investigations and a simple kinematic analysis, it was confirmed that in Case A there was a risk of wedge sliding, and in Case B there was a risk of planar sliding. A parameter analysis was then conducted to assess which input parameters had the greatest impact on stability in both cases. It was found that the Joint Roughness Coefficient (JRC), the orientation of the weakness planes, the residual friction angle, and water pressure have the greatest significance for the stability of the unstable blocks.

The stability assessments were carried out using the equilibrium calculation tools SWedge and RocPlane with the use of the partial factor method. The results showed that both blocks were unstable. For Case A, two different safety measures were proposed. It was concluded that the best alternative was the establishment of drainage pipes and the installation of 18 combination bolts with a diameter of 25 mm and a length between 4-8 meters. This safety measure results in a cost that is 36.5\% lower than removing the wedge. For Case B, the results showed that the securing that had been done was conservative according to the partial factor method, and that it was possible to secure less and still be within the requirements of the partial factor method.

The main findings of the master's thesis are that limit equilibrium calculation tools such as SWedge and RocPlane can have difficulties modeling complex block and wedge geometries. Furthermore, uncertainties related to important input parameters will reduce the credibility of the stability analysis, which can lead to more conservative and costly safety measures than necessary.