Numerisk simulering av stabilitet för vägbank på sulfidjord
jämförelser med fältmätningar
Under åren 2003-2004 byggdes en del av väg 364 om, delsträckan genom samhället Hjoggböle i Västerbottens län. Den nya sträckningen passerar en flack dalgång där undergrunden huvudsakligen består av en relativt låghållfast sulfidjord. När vägbanken var uppbyggd till en höjd av ca 2 m gick ett skred längs en ca 100 m lång sträcka av vägen. Under byggtiden inträffade totalt tre skred. Det framkom senare, efter det att skreden inträffat, att det aktuella området är utsatt för artesiskt grundvattentryck. Som ett bidrag till efteranalyserna av de skred som inträffade i Hjoggböle har föreliggande examensarbete genomförts. Det övergripande syftet med examensarbetet var att analysera stabilitetsproblemen i Hjoggböle med numeriska metoder och jämföra teoretiska simulerade resultat med det verkliga utfallet i fält avseende brottlast och deformationer. Vidare syftade simuleringarna till att försöka utröna möjliga orsaker till instabiliteten i det aktuella området. Ett av målen med examensarbetet var att ta reda på hur olika parametrar i de numeriska simuleringarna påverkar resultaten i stabilitetsberäkningarna. Baserat på resultat från tidigare utförda geotekniska undersökningar har en numerisk modell skapats i det finita elementprogrammet PLAXIS vilken avser att beskriva skeendet vid byggandet av vägbanken i Hjoggböle. Förhållanden före och vid det första verkliga inträffade skredet i Hjoggböle har simulerats. Olika parametrar, bland annat porvattentryck och vilojordtryckskoefficient, har varierats i enskilda simuleringar och resultaten har jämförts. En konsolideringanalys har utförts där undergrunden tillåts konsolidera under 90 dygn för en bankhöjd på 1,0 respektive 1,5 m. När portrycken antas öka hydrostatiskt med djupet erhålls för den antagna modellen en brottlast på fullt uppbyggd vägbank (2,5 m) + trafiklast ca 10 kPa. Då modellen inkluderar ett artesiskt grundvattentryck, motsvarande 2,25 m över markytan i det underst liggande moränlagret erhålls brott vid en bankhöjd på ca 1,90 m. Konsolidering medför ökade effektivspänningar i jorden och därmed en ökad skjuvhållfasthet och bärförmåga. Då jorden får konsolidera i 90 dygn efter pålastning av 1,5 m bankmaterial klarar undergrunden hela lasten (vägbank + trafiklast) utan att gå till brott (slutlig säkerhetsfaktor = 1,02). Baserat på genomförda simuleringar bedöms analysmetod A (metod där effektiva parametrar c´ och ø´ används) vara lämpligast (av de tre analysmetoderna A, B respektive C) vid beräkning av stabilitetsproblem där speciella portrycksförhållanden råder. Mohr-Coulombs modell bedöms kunna återge fältförhållanden (avseende deformationer och brottlast) för undersökt stabilitetsproblem på ett relativt realistiskt sätt. Brottlasten i de numeriska beräkningarna blir generellt lägre om låga K0-värden nyttjas jämfört med högre värden. En indelning av jordprofilen i skikt med olika K0- värden påverkar brottmekanismens utseende. Baserat på numeriska simuleringar bedöms det som sannolikt att det första skredet i Hjoggböle orsakades av ett artesiskt grundvattentryck i moränlagret vilket medförde en sänkning av effektivspänningarna i den ovanliggande sulfidjorden och en reducering i hållfasthet för undergrunden.