Projekt 8015 – Avslutat Progressiva skred i långsträckta slänter
Fördjupningsmaterial
Slutrapport
Informationsblad
Sammanfattning
I Sverige och på andra håll i Skandinavien har ett antal omfattande skred i långsträckta slänter inträffat i samband med vad som i sammanhanget förefallit vara obetydliga mänskliga ingrepp, exempelvis vid Svärtaån (1938), Surte (1950), Rävekärr (1971) och Tuve (1977). Detta har skett trots att de drabbade slänterna varit stabila under varierande hydrologiska betingelser under tusentals år innan skreden inträffat. Sluttningen i Surte hade exempelvis varit stabil under sannolikt starkt varierande betingelser i tusentals år men gick ändå till brott i samband med ett mindre pålningsarbete för en villa i sluttningens brantaste avsnitt. En dylik slänt kan, om man så vill, liknas vid en tidsinställd bomb, vars urverk tickar genom årtusendena.
Tidigare utredningar av skreden har baserats på modeller med ideal-plastiska deformationsegenskaper hos jordmaterialet. För att förklara skredens markanta utbredning över svagt sluttande mark har brottorsaken ofta tillskrivits extremt höga artesiska grundvattentryck och/eller hydrauliska brott i skikt av silt eller sand. Dessa brottmodeller är teoretiskt tänkbara men kan ändå ifrågasättas av flera skäl:
- Med undantag för Tuveskredet utlöstes skreden i direkt samband med byggnadstekniska aktiviteter.
- Under förutsättning att infiltrationsförhållandena ej på ett avgörande sätt förändrats genom mänskliga ingrepp är sannolikheten liten för att den avgörande skredorsaken enbart skulle sammanhänga med höga artesiska vattentryck eftersom, statistiskt sett, ogynnsammare hydrologiska betingelser bör ha förekommit många gånger i släntens tidigare historia.
- Utbredda och sammanhängande silt- eller sandskikt av det slag dessa brottmodeller förutsätter har inte med säkerhet kunnat påvisas i efterföljande undersökningar av skredområdena.
- Genomgående höga artesiska tryck eller porvattenövertryck av den storleksordning brottmodellerna förutsätter har heller ej
- Hydrauliska brott genom skjuvning är på rent geotekniska grunder föga sannolika i jordlager som undergått avsevärda skjuvdeformationer genom krypning i samband med att slänterna successivt anpassat sig till de förändrade hydrologiska betingelserna på grund av landhöjningen under glacial och postglacial tid.
Detta utesluter dock inte att artesiska tryckförhållanden och lokala porvattenövertryck kan bidra till risken för och omfattningen hos skred. Det är vidare känt att stötar och vibrationer i samband med pålning, sprängning och jordpackning ofta utlöser progressiva skred och man tror att den bakomliggande faktorn är lokala hydrauliska brott som orsakar lastökning och deformationer. Om så är fallet har jordens deformationsmjuknande egenskaper betydelse vilket innebär att analysen, till skillnad från konventionell beräkningsmetodik, måste beakta deformationerna i den potentiellt instabila jordmassan.
Syftet har varit att undersöka om spröda "dynamiska" progressiva brott kan inträffa i deformationsmjuknande lerjordar om resthållfastheten (cR) i samband med deformationer av tilläggslast eller andra störningsfaktorer blir lägre än rådande in situ spänningar (to).
Arbetet har bestått av tre uppgifter:
1. Att i en sammanfattande rapport redogöra för den teoretiska bakgrunden till den använda analysmetoden.
2. Att uppdatera och överföra tidigare utvecklad programvara i Basic till Windows miljö.
3. Att tillämpa den analytiska modellen på några väl dokumenterade jordskred för att utröna huruvida beräkningsresultaten motsvarar och förklarar händelseförloppen vid dessa skred.
Moment 1 har utförts av Congeo AB under det att moment 2 har verkställts av Skanska Teknik AB i samarbete med Skanska IT Solutions AB. Moment 3 har genomförts av Skanska Teknik AB i nära samarbete med Congeo AB.
Delmomenten 1 och 3 har utmynnat i en licentiatuppsats där det teoretiska underlaget för progressiv brottbildning och resultaten från utförda analyser av skreden vid Surte, Tuve och Trestyckevattnet redovisas.
Enligt uppsatsen visar sig progressiv brottanalys kunna ge en bättre förklaring av de studerade skredens utbredning över vidsträckta arealer av i det närmaste horisontell mark än vad som låter sig göras med konventionell analys baserad på ideal-plastiska modeller. Analysmetoden tillåter också att tidsfaktorns inverkan vid påförande av tilläggsbelastning kan beaktas. Det framhålls även att analysmetoden kan ge en rimlig uppfattning om vilka eventuella globala konsekvenser en uppkommen lokal instabilitet i någon del av en slänt kan tänkas medföra. Något som är av stor betydelse i samband med kartering av skredrisk inom bebyggda områden.
De analyser med beaktande av deformationer i jorden som utförts i projektet indikerar enligt uppsatsen att brottytan vid progressiva skred tenderar att utbildas i stort sett parallellt med lutningen hos fast botten vid homogena grundförhållanden. Olikheter i sedimentskiktens sammansättning och portrycksfördelning kan förstärka denna tendens. Dessa resultat överensstämmer med observationer från Tuveskredet, där brottytan sträckte sig parallellt med fasta bottnen ned till ca 35 meters djup under markytan.
Resultaten från analyserna ger enligt uppsatsen även en beskrivning av det kraftspel som kan uppkomma i samband med spänningsomlagring på grund av jordens deformationsmjuknande och som kan resultera i markbrott av det slag som inträffat vid de aktuella skreden. Vid Tuveskredet omfattade till exempel den upp till 35 meter djupa passiva brottzonen en areal om ca 16 hektar.
I uppsatsen sägs slutligen att de utförda beräkningarna visar att risk för spröda progressiva brott föreligger om jordens resthållfasthet i någon del av en slänt vid någon tidpunkt kan komma att understiga rådande skjuvspänningar in situ, det vill säga om cR < t0. Beaktande av jordens deformationsmjuknande medför att i de fall då cR är mindre än t0 blir den påverkan som kan utlösa progressivt brott markant lägre än den som skulle erhållas enligt konventionella beräkningar. Det påpekas dock att i de flesta fall förblir resthållfastheten större än rådande skjuvspänningar in situ, det vill säga cR > t0. Detta tillstånd medför en segare statisk brottyp vid vilken överensstämmelse med konventionell ideal-plastisk analys inträffar för det gränsfall då kvoten mellan resthållfasthet och maximal skjuvhållfasthet = 1.
Delmoment 2 har resulterat i den tilltänkta programvaran i Windows miljö (C++) och har använts i samband med ovannämnda analyser av inträffade skred. Programmet finns tillgängligt för alla intressenter via Skanska IT Solutions AB.
Tidigare utredningar av skreden har baserats på modeller med ideal-plastiska deformationsegenskaper hos jordmaterialet. För att förklara skredens markanta utbredning över svagt sluttande mark har brottorsaken ofta tillskrivits extremt höga artesiska grundvattentryck och/eller hydrauliska brott i skikt av silt eller sand. Dessa brottmodeller är teoretiskt tänkbara men kan ändå ifrågasättas av flera skäl:
- Med undantag för Tuveskredet utlöstes skreden i direkt samband med byggnadstekniska aktiviteter.
- Under förutsättning att infiltrationsförhållandena ej på ett avgörande sätt förändrats genom mänskliga ingrepp är sannolikheten liten för att den avgörande skredorsaken enbart skulle sammanhänga med höga artesiska vattentryck eftersom, statistiskt sett, ogynnsammare hydrologiska betingelser bör ha förekommit många gånger i släntens tidigare historia.
- Utbredda och sammanhängande silt- eller sandskikt av det slag dessa brottmodeller förutsätter har inte med säkerhet kunnat påvisas i efterföljande undersökningar av skredområdena.
- Genomgående höga artesiska tryck eller porvattenövertryck av den storleksordning brottmodellerna förutsätter har heller ej
- Hydrauliska brott genom skjuvning är på rent geotekniska grunder föga sannolika i jordlager som undergått avsevärda skjuvdeformationer genom krypning i samband med att slänterna successivt anpassat sig till de förändrade hydrologiska betingelserna på grund av landhöjningen under glacial och postglacial tid.
Detta utesluter dock inte att artesiska tryckförhållanden och lokala porvattenövertryck kan bidra till risken för och omfattningen hos skred. Det är vidare känt att stötar och vibrationer i samband med pålning, sprängning och jordpackning ofta utlöser progressiva skred och man tror att den bakomliggande faktorn är lokala hydrauliska brott som orsakar lastökning och deformationer. Om så är fallet har jordens deformationsmjuknande egenskaper betydelse vilket innebär att analysen, till skillnad från konventionell beräkningsmetodik, måste beakta deformationerna i den potentiellt instabila jordmassan.
Syftet har varit att undersöka om spröda "dynamiska" progressiva brott kan inträffa i deformationsmjuknande lerjordar om resthållfastheten (cR) i samband med deformationer av tilläggslast eller andra störningsfaktorer blir lägre än rådande in situ spänningar (to).
Arbetet har bestått av tre uppgifter:
1. Att i en sammanfattande rapport redogöra för den teoretiska bakgrunden till den använda analysmetoden.
2. Att uppdatera och överföra tidigare utvecklad programvara i Basic till Windows miljö.
3. Att tillämpa den analytiska modellen på några väl dokumenterade jordskred för att utröna huruvida beräkningsresultaten motsvarar och förklarar händelseförloppen vid dessa skred.
Moment 1 har utförts av Congeo AB under det att moment 2 har verkställts av Skanska Teknik AB i samarbete med Skanska IT Solutions AB. Moment 3 har genomförts av Skanska Teknik AB i nära samarbete med Congeo AB.
Delmomenten 1 och 3 har utmynnat i en licentiatuppsats där det teoretiska underlaget för progressiv brottbildning och resultaten från utförda analyser av skreden vid Surte, Tuve och Trestyckevattnet redovisas.
Enligt uppsatsen visar sig progressiv brottanalys kunna ge en bättre förklaring av de studerade skredens utbredning över vidsträckta arealer av i det närmaste horisontell mark än vad som låter sig göras med konventionell analys baserad på ideal-plastiska modeller. Analysmetoden tillåter också att tidsfaktorns inverkan vid påförande av tilläggsbelastning kan beaktas. Det framhålls även att analysmetoden kan ge en rimlig uppfattning om vilka eventuella globala konsekvenser en uppkommen lokal instabilitet i någon del av en slänt kan tänkas medföra. Något som är av stor betydelse i samband med kartering av skredrisk inom bebyggda områden.
De analyser med beaktande av deformationer i jorden som utförts i projektet indikerar enligt uppsatsen att brottytan vid progressiva skred tenderar att utbildas i stort sett parallellt med lutningen hos fast botten vid homogena grundförhållanden. Olikheter i sedimentskiktens sammansättning och portrycksfördelning kan förstärka denna tendens. Dessa resultat överensstämmer med observationer från Tuveskredet, där brottytan sträckte sig parallellt med fasta bottnen ned till ca 35 meters djup under markytan.
Resultaten från analyserna ger enligt uppsatsen även en beskrivning av det kraftspel som kan uppkomma i samband med spänningsomlagring på grund av jordens deformationsmjuknande och som kan resultera i markbrott av det slag som inträffat vid de aktuella skreden. Vid Tuveskredet omfattade till exempel den upp till 35 meter djupa passiva brottzonen en areal om ca 16 hektar.
I uppsatsen sägs slutligen att de utförda beräkningarna visar att risk för spröda progressiva brott föreligger om jordens resthållfasthet i någon del av en slänt vid någon tidpunkt kan komma att understiga rådande skjuvspänningar in situ, det vill säga om cR < t0. Beaktande av jordens deformationsmjuknande medför att i de fall då cR är mindre än t0 blir den påverkan som kan utlösa progressivt brott markant lägre än den som skulle erhållas enligt konventionella beräkningar. Det påpekas dock att i de flesta fall förblir resthållfastheten större än rådande skjuvspänningar in situ, det vill säga cR > t0. Detta tillstånd medför en segare statisk brottyp vid vilken överensstämmelse med konventionell ideal-plastisk analys inträffar för det gränsfall då kvoten mellan resthållfasthet och maximal skjuvhållfasthet = 1.
Delmoment 2 har resulterat i den tilltänkta programvaran i Windows miljö (C++) och har använts i samband med ovannämnda analyser av inträffade skred. Programmet finns tillgängligt för alla intressenter via Skanska IT Solutions AB.