Saven anisotropian ja destrukturaation vaikutuksen mallintaminen Östersundomin koepenkereellä

Abstract

Luonnontilaisessa savessa esiintyy lähes aina anisotropiaa ja partikkeleiden välisiä sidoksia. Sidokset lisäävät saven lujuutta ja kasvattavat jännitysaluetta, jolla saven muodonmuutokset ovat palautuvia. Sidosten tuhoutumista kutsutaan destrukturaatioksi ja se voi aiheuttaa saveen merkittäviä painumia. Anisotropia ja destukturaatio tulisikin ottaa huomioon saven painumia määritettäessä.

Tässä työssä tutkimuskohteena on Helsingin Östersundomiin rakennettu koepenger. Koepenkereen painumia mallinnettiin numeerisesti anisotropian huomiovilla materiaalimalleilla S CLAY1 ja S-CLAY1S, joista jälkimmäinen ottaa huomioon myös savessa olevat sidokset ja destrukturaation. Numeeristen laskentojen tuloksia verrattiin perinteisillä analyyttisillä menetelmillä saatuihin laskentatuloksiin sekä koepenkereen havaittuun painumakäyttäytymiseen. Työn tavoitteena oli selvittää, millaisia painumia koepenkereen alueella on odotettavissa. Lisäksi arvioitiin, millainen vaikutus saven anisotropialla ja destrukturaatiolla on Östersundomin saven painumiin. Työssä on lisäksi tutkittu alueella vaikuttaneiden geologisten prosessien vaikutusta maaperän ominaisuuksiin yhdessä Geologisen tutkimuskeskuksen kanssa.

Koepenkereen toteutunutta painumaa vastasivat laskennoissa parhaiten S CLAY1- ja S CLAY1S-malleilla lasketut tulokset. Analyyttiset menetelmät sekä numeerisessa mallinnuksessa käytetty Soft Soil -malli aliarvioivat alkuvaiheen painuman. Numeeristen laskentojen perusteella S-CLAY1-mallilla lasketut painumat olivat suurempia kuin S CLAY1S-mallilla, vaikka jälkimmäinen huomioi myös destrukturaation. Tulos viittaa siihen, että anisotropialla on saven painumien kannalta suurempi merkitys kuin destrukturaatiolla. Laskentatulos voi myös johtua laskentaparametrien valinnasta, sillä tässä työssä S-CLAY1S-mallia varten simuloidut destukturaatioparametrien arvot poikkesivat huomattavasti parametrien suositusarvoista.

The structure of most natural clays is anisotropic with bonding between particles. Bonding increases the strength of the soil and gives the soil additional resistance to yielding. The degradation of bonding is called destructuration, which can cause significant settlements in clay. Both anisotropy and destructuration should be taken into account when modelling the behaviour of soft clay.

The aim of this thesis was to model the behaviour of Östersundom test embankment in Helsinki. The aim was also to determine the effect of anisotropy and destructuration on the settlements. The settlements of the embankment were calculated using numerical modelling with two new material models S-CLAY1 and S-CLAY1S, which take anisotropy into account. The latter also accounts for destructuration. The calculation results were compared with those of analytical calculation methods and the observed settlements. Additionally, the geological features of the Östersundom area were studied with the Geological Survey of Finland.

The calculation results closest to the observed settlements of the test embankment were from the numerical calculations with the S CLAY1 and S CLAY1S models. The calculation results from the analytical calculations and numerical modelling with the Soft Soil model underestimated the settlements. According to the numerical modelling the settlements calculated with the S-CLAY1 model were larger than those modelled with S CLAY1S model even though the latter also accounts for destructuration. The results suggest that anisotropy has a larger influence on the predicted settlements than destructuration. However, the smaller settlements with the S CLAY1S model may result from the chosen parameters, since the values of the destructuration parameters, which were simulated in this thesis, differ greatly from those of recommended.