Skjuvhållfastheten i kontaktytan mellan berg och betong under betongdammar

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Skjuvhållfastheten i kontaktytan mellan berg och betong under betongdammar"

Joakim Svensson
för 8 år sedan
Visningar:

1 Skjuvhållfastheten i kontaktytan mellan berg och betong under betongdammar Alexandra Krounis KTH/SWECO Handledare: Stefan Larsson KTH Fredrik Johansson KTH/SWECO Stockholm, 2014

2 Bakgrund I Sverige finns cirka 150 höga dammar (d.v.s. dammar högre än 15 m) varav cirka 60 är betogdammar. Merparten av dessa är vattenkraftsdammar grundlagda på berg som byggdes under den första halvan av 1900-talet. Dammarna stigande ålder innebär att säkerutsvärderingar av befintliga dammar blir allt viktigare då: bärförmågan kan vara under avtagande, framför allt bergförankringar, injekteringsskärmar och dränagesystem kan få nedsatt funktion kraven på dammsäkerhet då dammarna byggdes var generellt lägre än idag nya och högre dimensionerande flöden leder till ökad belastning nya bättre metoder har utvecklats och tillämpas internationellt de förstärkningar som idag utförs av våra betongdammar bör basera sig på bästa möjliga kunskap

Dammarna stigande ålder innebär att säkerutsvärderingar av befintliga dammar blir allt viktigare då: bärförmågan kan vara under avtagande, framför allt bergförankringar,

3 Bakgrund Studier har på uppdrag av Elforsk utförts för att ta fram förslag på nya riktlinjer för beräkning av glidstabilitet för gravitationsdammar grundlagda på berg. Ett antal doktorandprojekt har behandlat frågan om betongdammars stabilitet under de senaste åren [Westberg (2007),Johansson (2009), etc.] Dessa har bland annat visat att skjuvhållfastheten under dammen är den viktigaste parametern för att kunna bedöma betongdammars glidstabilitet.

Ett antal doktorandprojekt har behandlat frågan om betongdammars stabilitet under de senaste åren [Westberg

4 Gällande praxis i Sverige Normalt lastfall Exceptionellt lastfall Olyckslastfall Glidfaktor, μ till 0,75 0,90 0,95 1,0 Brottvärde Motsvarande friktionsvinkel, φ [ ] ,5 45

5 Internationell överblick

6 Internationell överblick Federal Energy Regulatory Commission (FERC 2002) rekommenderar följande säkerhetsfaktorer mot glidning enligt Shear Friction Method om kohesion medräknas: Dammar med hög risk Dammar med låg risk Vanligt lastfall 3,0 2,0 Ovanligt lastfall 2,0 1,25 Efter jordbävning 1,3 >1,0 Om kohesion inte medräknas rekommederar FERC att följande säkerhetsfaktorer inte underskrids: Säkerhetsfaktor Vanligt lastfall 1,5 Ovanligt lastfall 1,3 Efter jordbävning 1,3

3,0 2,0 Ovanligt lastfall 2,0 1,25 Efter jordbävning 1,3 >1,0 Om kohesion inte medräknas rekommederar FERC att

7 Kohesion? Relativt höga värden på kohesion har uppmätts vid provning av intakta kontaktytor. Dessa värden är dock förknippade med ett flertal osäkerheter: Naturlig variation -hållfastheten och vidhäftningsarean kan variera från monolit till monolit beroende på hur väl ytan rengjordes innan gjutning samt lokal bergkvalité. Kohesion kan också förloras genom kemiska eller fysikaliska processer Statistisk osäkerhet - hållfastheten och vidhäftningsarean är som regel uppskattad från ett fåtal prov med varierande kvalitet när bröts kontakten? Ökar osäkerheten till den naturliga variationen Vidare är vidhäftningsbrott till sin natur sprött. Detta innebär att en lokal överbelastning där hållfastheten är låg kan initiera ett progressivt brott. Det är således inte medelvärdet av skjuvhållfastheten, utan ett lägre, inte definierat värde, som bestämmer när brottet initieras.

8 Projektets syfte Målet med projektet är att beskriva kontaktytans skjuvhållfasthet och hur den varierar med faktorer såsom: den spröda brottmekanismen antalet prov dammens konsekvensklass varierande grad av bruten respektive intakt kontaktyta samt varierande grad av kohesion över den intakta ytan med det primära syftet att bedöma lämpligheten av att använda kohesion i glidstabilitetsutvärderingar av betongdammar.

bruten respektive intakt kontaktyta samt varierande grad av kohesion över den intakta ytan med det

9 Licentiatavhandling I den första delen av projektet, som avslutades med ett licentiatseminarium i oktober 2013, har fokus främst legat på att öka kunskapen om: korrelationen mellan friktion och kohesion och dess inverkan på den uppskattade glidstabiliteten modellosäkerheten pga. den spröda brottmekanismen samt dess inverkan på den uppskattade glidstabiliteten.

korrelationen mellan friktion och kohesion och dess inverkan på den uppskattade

10 Modellosäkerhet Hur väl stämmer våra modeller för uppskattning av kontakytans skjuvhållfasthet med verkligheten? Schematic represantation of the post peak responses of various material models

11 Modellosäkerhet Numeriska analyser Numeriska beräkningar utförs för att uppnå en mer detaljerad kunskap om hur varierande grad av kohesion över kontaktytan påverkar skjuvhållfastheten. Modellering utförs med det finita differensprogrammet FLAC 3D. Steg 1 Syftet med detta steg är att jämföra de analytiska och numeriska beräkningar. En elastisk-perfekt-plastisk materialmodel använts således för att beskriva kontaktytans skjuvhållfasthet i de numeriska beräkningar. Steg 2 I steg två används en spröd materialmodell för att beskriva kontaktytans skjuvhållfasthet i syfte att studera det spröda brottets inverkan på skjuvhållfastheten. I både steg 1 och 2 antas kohesionen vara konstant över hela glidytan.

En elastisk-perfekt-plastisk materialmodel använts således för att beskriva kontaktytans skjuvhållfasthet i de numeriska beräkningar.

12 Modellosäkerhet Relative Frequency Density Plot - Lognormal - c c ~ LN (1.44; 0.94) θ = 0 m Value of X θ = 10 m

94) θ = 0 m 0.97 0.78 0.58 0.39 0.20 0.00 0.04 0.38 0.

13 Modellosäkerhet

14 Modellosäkerhet

15 Modellosäkerhet

16 Modellosäkerhet Inverkan på den uppskattade glidstabiliten Resultat: Correlation length Probability of failure 3.98E E E E-18

17 Model uncertainty Conditional probability of failure 1,0E+00 1,0E-01 1,0E-02 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-05 1,0E-06 1,0E-07 1,0E-08 1,0E-09 1,0E-10 1,0E-11 1,0E Sum of horisontal forces [MN] Source: ANCOLD (Australian National Committee on Large Dams Incorporated) Guidelines on Risk Assessment. New South Wales: ANCOLD θ=0m, Ξp not included θ=10m; Ξp not included θ=0m; Ξp included θ=10m; Ξp included

forces [MN] Source: ANCOLD (Australian National Committee on Large Dams Incorporated) 2003.

18 Modellosäkerhet Slutsatser Resultaten från analysen understryker nödvändigheten av att beakta intakta kontaktytors spröda brottbeteende när kohesionen inkluderas vid uppskattning av ytans skjuvhållfasthet. Analysen visar också att även vidhäftningens rumsliga spridningen har en signifikativ inverkan på det progressiva brottförloppet. Det är också tydligt, baserat på resultaten från analysen, att kohesionens korrelationsavstånd har en avgörande betydelse vid beräkning av brottsannolikhet. Fortsatt forskning behövs om kontaktytors skjuvhållfasthet.

Analysen visar också att även vidhäftningens rumsliga spridningen har en signifikativ inverkan på det progressiva brottförloppet.

19 Fortsatt forskning Varierande grad av bruten resp. intakt yta: andelen intakt yta den intakta ytans läge ytans totala skjuvhållfasthet = intakt kontaktyta σ N σ N

20 Fortsatt forskning

21 Tack för visad uppmärksamhet!

Relevanta dokument

Sannolikhetsbaserad metodik för beräkning av betongdammars stabilitet

Sannolikhetsbaserad metodik för beräkning av betongdammars stabilitet Marie Westberg Doktorand LTH/Vattenfall Disposition Bakgrund Säkerhetskoncept Jämförelse Probabilistisk metodik Konsekvens Exempel