Perniön saven parametrien luotettavuuden ja saven eri ominaisuuksien välisten korrelaatioiden arviointi

Loading...
Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Date

2016-06-13

Department

Major/Subject

Pohja- ja kalliorakentaminen

Mcode

IA3028

Degree programme

Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan koulutusohjelma

Language

fi

Pages

121+27

Series

Abstract

Geoteknisessä suunnittelussa eräs suurimmista haasteista on maan ominaisuuksiin liittyvä epävarmuus. Maan luonnollisesta vaihtelusta aiheutuu se, että maaparametrien arvoissa havaitaan hajontaa myös suhteellisen homogeenisen maakerroksen sisällä. Maaparametrien vaihtelusta aiheutuva epävarmuus voidaan määrittää kvantitatiivisesti variaatiokertoimen eli COV-arvon avulla. COV on keskeinen parametri luotettavuuteen perustuvassa suunnittelussa (RBD, ”reliability based design”). Suomessa RBD-menetelmiä ei juurikaan käytetä, vaikka ulkomailla kyseinen lähestymistapa on yleistymässä. RBD-menetelmien käyttö kuitenkin edellyttää luotettavaa tietoa maan eri ominaisuuksien COV-arvoista, ja Suomessa maan luonnollista vaihtelua ei ole juurikaan tutkittu. Tässä työssä arvioitiin Perniön saven parametrien luonnollista vaihtelua COV-arvon avulla. Analyysi perustui Perniössä tehtyihin laboratoriokokeisiin. Määritettyjen COV-arvojen avulla laskettiin hypoteettisen ratapenkereen aiheuttamat painumat todennäköisyysmenetelmällä. Koska käytettiin RBD-menetelmää, pystyttiin arvioimaan, kuinka suurella todennäköisyydellä suurin sallittu painuma radan käyttöönoton jälkeen sekä painumaeron aiheuttama pituuskaltevuuden muutos ylittyvät. Lisäksi tutkittiin eri maaparametrien vaihtelun vaikutusta painumaan herkkyysana-lyysien avulla. Havaittiin, että muodonmuutosominaisuuksien lisäksi myös vallitsevan tehokkaan jännityksen sekä esikonsolidaatiojännityksen mallinnuksella on huomattava vaikutus painumalaskelman tulokseen. Osana työtä luotiin myös tietokanta, johon koottiin laboratoriokokeiden tuloksia Perniön lisäksi myös muista suomalaisista savikko-kohteista. Tietokannan avulla tutkittiin saven eri ominaisuuksien välisiä korrelaatioita sekä niihin liittyvää hajontaa. Tietokantaa hyödynnettiin myös analyysissä, missä pyrittiin määrittämään saven eri ominaisuuksien tyypillisiä arvoja. Saville, joiden vesipitoisuus on pienehkö, ja vastaavasti korkean vesipitoisuuden saville, määritettiin a priori -jakaumat joista ilmenee ominaisuuden vaihteluväli sekä odotusarvo. Lisäksi tukittiin koemenetelmän sekä näytteenottimen vaikutusta maaparametrien arvoihin sekä näytteen laatuun. Koemenetelmän vaikutus oli ilmeinen, mutta näytteenottimen vaikutus oli tähän aineistoon perustuen vähäinen. Syynä saattoi olla Perniön saven erityispiirre, sillä lukuisissa muissa tutkimuksissa on kyllä havaittu, että näytteenottimen halkaisija vaikuttaa näytteen laatuun.

In geotechical design, one of the greatest challenges is the uncertainty in soil properties. Due to inherent variability of the soil, scatter in the values of soil parameters occur even in relatively homogenous soil layer. The uncertainty caused by variability of the soil parameters can be quantified by using coefficient of variation (COV). COV is an important parameter in reliability based design (RBD). In Finland, RBD-methods are not generally used, but in other countries this approach has been adopted more widely. However, the usage of RBD-methods requires reliable information on COV values of different soil properties. The problem is that in Finland, research on inherent variability has been practically nonexistent. In this thesis, the inherent variability of Perniö clay was studied via COV values. In the analysis, results of laboratory tests in Perniö were used. Based on these COV values, settlement caused by hypothetical railway embankment was estimated using probabilistic approach. As such, the probability of the total settlement after the construction exceeding the maximum allowable value could be estimated. Similarly, the probability of the change of slope caused by differential settlements exceeding the maximum value could be defined. In addition, the effect of the variability of each soil parameter on the settlement value was studied by using sensitivity analysis. It was observed that not only compressibility properties but also the variability in effective overburden pressure and uncertainty in modeling the preconsolidation pressure affect the result of settlement calculation significantly. As a part of the study, a database on the laboratory test results from not only Perniö but from other Finnish clay deposits was constructed. Based on the database, correlation between clay properties was studied. The database was further used in an analysis, in which typical values of clay properties were estimated. A priori distributions were fitted for both clays with relatively low water content and for clays with higher water content. As such, expected values and typical ranges for different soil properties were acquired. In addition, the effect of testing method and sampler on soil parameters and sample quality was studied. Based on the results, testing method clearly has a significant effect but the effect of sampler seemed to be minor. Since the effect of sampler diameter on sample quality has been observed in several studied, these results might simply be due to special features of Perniö clay.

Description

Supervisor

Korkiala-Tanttu, Leena

Thesis advisor

Tolla, Panu

Keywords

COV, savi, RBD, painuma, a priori, korrelaatio

Other note

Citation