Presentasjon av GeoSuite Stabilitet Ørjan Nerland, Norges Geotekniske Institutt.

Presentasjon om: "Presentasjon av GeoSuite Stabilitet Ørjan Nerland, Norges Geotekniske Institutt."— Utskrift av presentasjonen:

1 Presentasjon av GeoSuite Stabilitet Ørjan Nerland, Norges Geotekniske Institutt

2 Agenda •Introduksjon av GS Stabilitet •Generelt om beregningsmodeller •Hva er gjort til nå? •Kravspesifikasjon •Hva gjøres videre?

3 Tilgjengelige beregningsmetoder •Limit Equlibrium Method (LEM) – Grenselikevektsmetoden •Finite Element Method (FEM) – Elementmetoden

4 Hva er valgt i GS Stabilitet? •Hvorfor LEM og ikke FEM? •Ta bakgrunn i eksisterende programvare som var tilgjengelig. GeoStab, GPS-PC, Stabil og PostoGraf (Beast) er alle programmer som benytter LEM •Lage programvare for daglige geotekniske beregningsoppgaver hvor kjente geotekniske parametere inngår (γ, u, tan φ, a, s u ) •FEM har en høyere inngangsterskel og krever mer kunnskap om jordmodeller •GS Stabilitet er ment benyttet til daglige/klassiske geotekniske stabilitetsberegninger, mens FEM kanskje kan benyttes for mer spesielle problemer (interaksjonsproblemer)

5 Konkurrenter til GS Stabilitet •DC-Slope – DC-Software, Tyskland •ESAU – SINTEF, Norge •ESTAVEL – GeoExpert, Brasil •Galena – BHP Engineering, Australia •GBSLOPE – Geotechnical Britannica, England •GEOSLOPE – GEOCOMP Coperation, USA •GeoStab – Statens vegvesen, Norge •GPS-PC – SINTEF, Norge •GSlope – Mitre Software Corp., USA •PC-Slope – Geo-Slope International, Canada •REAME – University of Kentucky •Sarma – Int. Society of Rock Mechanics, Portugal •SB-Slope – GeoSystem Software, USA •Slide – University of Toronto Rock Eng. Group, Canada •Slidecircle-1 Plus – Pellon Ltd., England •SLOPEBG og SLOPNC – ARQ Associates, Sør-Afrika •Slope – Geosolve, England •Slope – Oasys, England •Slope/W – Geo-Slope International, Canada •Stabil – Multiconsult, Norge •STABLE – MZ Associates, England •SWASE – University of Kentucky, USA •TSLOPE3 – MINESoft Ltd., USA

6 Generelt om LEM  glideflate (sirkulær, plan eller kompositt) som går gjennom en jordmasse  avgrenser et areal som kan komme i bevegelse  deler arealet opp i lameller (slices)  beregner krefter (drivende krefter kontra stabiliserende) på lamellene  sikkerhetsfaktor

7 Limit Equilibrium Method (LEM) •Kraft- og momentlikevektsligninger i kombinasjon med et bruddkriterie (ligninger for beregning av sikkerhetsfaktor) •Ligningene for beregning av sikkerhetsfaktor er ikke-lineære og de løses ved hjelp av iterasjonsprosesser •Alle de mest brukte lamellemetodene (method of slices) kan sies å være spesialtilfeller av ”General Limit Equilibrium Methods solutions”

8 Antagelser •Antar at jorda oppfører seg som et Mohr-Coulomb materiale •Antar at sikkerhetsfaktoren er den samme for alle lameller

9 Sirkulære glideflater

10 Vilkårlige/plane glideflater

11 Kompositt/sammensatte glideflater

12 LEM ligninger •Ligninger •∑K v, ∑K h, ∑M og F •Likevektsligningen sammen med bruddkriteriet er ikke nok til å løse problemet •Trenger informasjon om normalkraft- fordelingen (N) som virker langs glideflaten eller informasjon om skjær- (X) og normalkrefter (E) som virker mellom lamellene •Antagelser må gjøres vedrørende størrelse, retning og/eller angrepspunkt til krefter

13 Momentlikevektsligning + =

14 Kraftlikevektsligning i horisontal retning + =

15 Kraftlikevektsligning i vertikal retning + = •Denne ligningen kan ikke løses ettersom sikkerhetsfaktoren (F) og skjærkreftene (X L og X R ) mellom lamellene er ukjent.

16 Lamellemetoder •Fellenius (1936) •Bishop`s Simplified (1955) •Janbu`s Simplified (1956) •Lowe-Karafiath (1960) •Morgenstern-Price (1965) •Corps of Engineers (1967) •Spencer (1967) •Fredlund-Wilson-Fan (1986) •Clausen/Beast (1988)

17 Fellenius (Ordinary) (1936) •Neglisjerer skjær- (X) og normalkrefter (E) som virker mellom lamellene X X X X •Sikkerhetsfaktor fra momentlikevektsligningen er da det som kalles Fellenius metode

18 Bishop`s Simplified (1955) •Neglisjerer skjærkrefter (X) som virker mellom lamellene X X •Sikkerhetsfaktor fra momentlikevektsligningen er da det som kalles Bishop`s Simplified metode

19 Janbu`s Simplified (1956) •Som Bishop`s Simplified bare at metoden beregner sikkerhetsfaktoren ut fra kraftlikevektsligningen isteden for momentlikevektsligningen •Janbu`s Simplified med empirisk korreksjonsfaktor (f 0 ) som tar hensyn til virkningen av de vertikale skjærkrefter mellom lamellene

20 Lowe-Karafiath (1960) •Tar hensyn til både skjær- (X) og normalkrefter (E) mellom lamellene, men antar at retningen på kreftene som virker mellom lamellene er lik gjennomsnittet av helningen på terrengoverflaten og glideflaten •Sikkerhetsfaktoren beregnes ut fra kraftlikevektsligningen

21 Morgenstern-Price (1965) •Skjærkrefter mellom lamellen (X) er beregnet som en prosentandel av normalkrefter mellom lamellen (E) basert på en empirisk funksjon

22 Eksempler på formfunksjoner - f(x)

23 Corps of Engineers (1967) •Tar hensyn til både skjær- (X) og normalkrefter (E) mellom lamellene, men antar at retningen på kreftene som virker mellom lamellene er lik helningen på terrengoverflaten •Sikkerhetsfaktoren beregnes ut fra kraftlikevektsligningene

24 Spencer, Fredlund-Wilson-Fan og Clausen •Varianter av Morgenstern-Price med hver sine formfunksjon

25 Hva benytter PostoGraf Stabilitet/Beast? •Bishop`s Simplified •Morgenstern-Price •Clausen/Beast (Morgensten-Price modifisert)

26 Spesielt med Beast •Automatisk kontroll av kvaliteten til løsningen •For å identifisere feil eller problemer for så å gi beskjed til bruker om dette - feilmelding •For å finne et mål på kvaliteten av løsningen - score. Hvor nær løsningen er til det som kan karakteriseres som perfekt

27 Kvalitetskontroll i Beast - Feilmeldinger •Sjekker om N og S krefter som virker langs skjærflata til hver lamelle gir en mobilisert styrke som er i overensstemmelse med den beregnede sikkerhetsfaktoren

28 Kvalitetskontroll i Beast - Feilmeldinger •Sjekker at de tre likevektsligningene er tilfredsstilt for hver lamelle •Sjekker at beregnet krefter E og X ved siste lamelle er lik null for stabilitets- og bæreevne- problemer

29 Kvalitetskontroll i Beast - Score •Passerer feilmeldingskontrollen, men løsningen kan fortsatt være mindre god •Score 0.0 er en perfekt løsning og har følgende forutsetninger: •Alle normalkrefter N og E er positive •Mobilisert skjær mellom lamellene er mellom +1.00 og -1.00 •Normalkraften N virker innen den midterste tredjedelen av lamellens glideflate •Normalkraften E virker innenfor den midterste tredjedelen av lamellens sidekant

30 Beregningstrinn i LEM •Trinn 1 •Første iterasjon hvor både skjær- og normalkrefter på lamellene settes lik null. Sikkerhetsfaktoren fra momentlikevektsligningen er da Fellenius metode •Trinn 2 •Starter løsning av ikke-lineær ligning for beregning av sikkerhetsfaktoren. Lambda (λ) er satt lik null, og skjærkreftene mellom lamellene blir lik null. Sikkerhetsfaktoren fra momentlikevektsligningen svarer til Bishop`s Simplified metode, mens sikkerhetsfaktoren fra kraftlikevektsligningen svarer til Janbu`s Simplified metode uten korreksjonsfaktor

31 Beregningstrinn i LEM •Trinn 3 •Trinnet er nødvendig for alle metoder som tar hensyn til både skjær- og normalkrefter mellom lamellene •Beregnes en lambda (λ) som fører til at sikkerhetsfaktor fra moment- og kraftlikevekts- ligningene blir likens •Alle formfunksjoner kan benyttes for beregning av sikkerhetsfaktor i dette trinnet

32 GS Stabilitet kravspesifikasjon

33 Hva har vi gjort så langt? •Utarbeidet norsk kravspesifikasjon basert på et arbeidsmøte avholdt 11. mars 2004 •Norsk godkjennelse av kravspesifikasjon basert på referansegruppemøte avholdt 18. juni 2004 •Utveksling av krav med Sverige i regi av Anders Hansson og Finland i regi av Tim Lansivara •Svensk godkjennelse av kravspesifikasjon? •Prioritering av krav •Valgt basis program (Beast)

34 Oppdeling av kravspesifikasjon •Prosjektinformasjon •Modellering og input parametere •Beregningsmodell •Beregninger •Resultater og presentasjoner •Andre

35 Prioriteringsnivåer •Prioritet 1 •Krav som må være med i 1. versjon av GS Stabilitet •Prioritet 2 •Krav som må være med i 2. versjon av GS Stabilitet •Prioritet 3 •Krav som må være med i senere versjoner av GS Stabilitet •Prioritet 4 •Krav som bør vurderes å tas med i senere versjoner av GS Stabilitet

36 Prosjektinformasjon - Prioritet 1 •Prosjektnummer (0) •Prosjektnavn (0) •Prosjektbeskrivelse (0) •Utført av (0) Sum kr 0,-

37 Prosjektinformasjon - Prioritet 2 •Differensiering av beregninger (32) •Revisjon (33) Sum kr 40.000,-

38 Prosjektinformasjon - Prioritet 3 •Stedfestelse av beregningsprofil (38) •Generering av plantegning (39) Sum kr 60.000,- ?

39 Prosjektinformasjon - Prioritet 4 •Stedfestelse av kritisk glideflate (40) Sum kr 20.000,-

40 Modellering og input parametere - Prioritet 1 •Avgrensning av beregningsmodell (0) •Zoom (0) •Terrengoverflate, jordlag og fjelloverflate (grafisk og tabellarisk) (0) •Terrengoverflate, jordlag og fjelloverflate fra terrengmodell (20) •Terrengoverflate, jordlag og fjelloverflate fra ascii-fil (21) •Terrengoverflate, jordlag og fjelloverflate fra skannet bilde (22)

41 Modellering og input parametere - Prioritet 1 •Redigering av koordinater for terreng- overflate, jordlag og fjelloverflate (23) Sum kr 75.000,-

42 Modellering og input parametere – Prioritet 1 •Lagblokker (25) •Endekrefter (30) •Jordskjelvkrefter (31) Sum kr 50.000,-

43 Modellering og input parametere – Prioritet 1 •Materialdata (0) •Eksterne krefter (0) •Terrengsprekker (0) •Grunnvannstand (0) •Poretrykk uavhengig av jordlag/poretrykksprofiler (0) Sum kr 0,-

44 Modellering og input parametere – Prioritet 1 •Poretrykk avhengig av jordlag (1) •Kombinere grunnvannstand og poretrykksprofiler (2) •Poretrykk ved hjelp av r u -koeffisienter (3) •Poretrykk ved hjelp av enkeltpunkter (4) •Generere poretrykksfelt (5) Sum kr 150.000,-

45 Modellering og input parametere – Prioritet 1 •Variabel skjærstyrke avhengig av jordlag (7) •Skjærstyrke uavhengig av jordlag/skjærstyrkeprofiler (0) •Overstyring av skjærstyrkeprofiler (8) •Generere skjærstyrkefelt (9) •Anisotropi (0) Sum kr 115.000,-

46 Modellering og input parametere – Prioritet 2 •Kalk-/sementpeler (0) •Konstruksjoner (FIN) (26) Sum kr 0,- Sum kr 20.000,- ?

47 Modellering og input parametere – Prioritet 3 •Filtrering av koordinater for terreng- overflate, jordlag og fjelloverflate (19) •Redigering av genererte poretrykksfelt og skjærstyrkefelt (6 og 10) Sum kr 40.000,- ?

48 Modellering og input parametere – Prioritet 3 •Mettet og umettet densitet (SWE) (41) •Poretrykk ved hjelp av poretrykkslinjer (SWE/FIN) (35) •Trafikklast (FIN) (43) •Poretrykkskoeffisienter for tilleggslaster (FIN) (44) Sum kr 40.000,- Ikke priset!

49 Modellering og input parametere – Prioritet 4 •Jordnagler (0) •Jordarmering (47) •Strømning (48) •Nedbør (49) Sum kr 0,- Ikke priset!

50 Beregningsmodell – Prioritet 1 •Total- og effektivspenningsanalyse (0) •Morgenstern-Price (0) •Justering av utgangsvinkel (0) Sum kr 0,-

51 Beregningsmodell – Prioritet 2 •Umettet jord (34) Ikke priset!

52 Beregningsmodell – Prioritet 3 •Janbus Simplified metode (36) •Janbus Simplified metode med korreksjonsfaktor (37) •Probabalistiske beregninger (42) Sum kr 175.000,-?? Sum kr 150.000,-

53 Beregningsmodell – Prioritet 3 •Bishops Simplified metode (SWE/FIN) (0) Sum kr 0,-

54 Beregningsmodell – Prioritet 4 •3D effekt (45) •Kombinert analyse (SWE) (0) •Visning av kombinert analyse (SWE) (0) Ikke priset! Sum kr 0,-

55 Beregninger – Prioritet 1 •Antall lameller (0) •Sirkulær sylindriske glideflater (0) •Plane glideflater (0) •Kombinerte glideflater (0) •En glideflate (0) Sum kr 0,-

56 Beregninger – Prioritet 2 •Søkeområder (også for plane glideflater) (27) •Kombinering av søkeområder (28) Sum kr 45.000,- ?

57 Beregninger – Prioritet 3 •Alternativ visning av sikkerhetsfaktorer (SWE) (29) Sum kr 20.000,- ?

58 Beregninger – Prioritet 4 •Ignorer urelevante glideflater (SWE) (46) Sum kr 10.000,- ?

59 Resultater og presentasjoner – Prioritet 1 •Glideflater (0) •Akser (0) •Kotelinjer (0) •Figurer og tegninger (0) •Figur- og tegningsrammer (0) •Krefter (0) •Redigering av figurer og tegninger (0) •Materialskravering (SWE) (0) Sum kr 0,-

60 Resultater og presentasjoner – Prioritet 1 •Rapportgenerator (11) Sum kr 50.000,-

61 Andre – Prioritet 1 •Eksportering av fil (12) •Online brukermanual (13) •Feilmeldinger (14) Sum kr 10.000,- Sum kr 75.000,-

62 Andre – Prioritet 1 •Opptegning av elementinndeling (0) •AutoCad som brukergrensesnitt (0) Sum kr 0,-

63 Andre – Prioritet 4 •Alternativt brukergrensesnitt (-) •Uavhengig brukergrensesnitt (FIN) (-) Ikke priset!

64 Stipulerte kostnader og budsjett

65 Hva gjør vi videre? •Starter å programmere i disse dager •Første versjon ferdig i løpet av høsten 2005