Släntstabilitetsanalys av 3D finita element modellering : En jämförelsestudie mellan 2D- och 3D-simuleringar

Sammanfattning: Tyréns ABs har utfört stabilitetsundersökningar för fastigheterna Plogen16samtVälten2 och 3 i Umeå kommun. Områdena är attraktiva vid Umeälv och fastighetsbolaget Cityfastigheter i Umeå AB har önskan att exploatera dem. De beaktade områdena innesluts av Tvärån och Umeälv som medför att området får ett komplext utseende. Det finns således två slänter som omsluter områdena, en mot Tvärån och en mot Umeälv. Områdena består främst av silt med inslag av sand och sulfidsilt men mäktighet på 10 meter. Slänten mot Tvärån visade på markrörelse medan den branta slänten mot Umeälv inte visade några stabilitetsproblem. Tidigare utförda stabilitetsberäkningarna av Tyréns AB visade på 13-14 meter säkerhetsavstånd från slänten mot Umeälv. Då områdena är bebyggda närmare än säkerhetsavståndet och då anses stabil när ingen deformation av slänten har kunnat tydas, väcks frågan hur vida 2D-beräkningar är tillräckliga för att beskriva stabiliteten i dessa typer av slänter kring älvar. Det ledde fram till en önskan om att genomföra stabilitetsberäkningar i 3D. Programvara som valdes för att genomföra 3D-beräkningar var PLAXIS 3D. Då de utförda beräkningarna av Tyréns AB genomfördes i programmet SLOPE/W som tillhör programvaran Geostudio bedömdes att beräkningar i PLAXIS 2D vara nödvändiga att genomföra för att en jämförelse skulle kunna ske. Detta för att PLAXIS och SLOPE/W har olika beräkningsmetoder för att beräkna stabiliteten. Beräkningarna genomfördes i PLAXIS 2D för de båda slänterna med dränerad och odränderad analys. Det för att beakta det mest ogynnsamma situationen. 2D-modellen i SLOPE/W replikerades till PLAXIS 2D medan 3D-modellen byggdes upp från en inmätt terrängmodell av områdena. Undersökningarna visade att odränerade förhållanden gav den lägsta säkerheten av slänterna för 2D och för 3D. Resultaten mellan 2D- och 3D-beräkningar påvisade en betydande stabilitetsökning vid 3D-beräkningar. Beräkningarna i 2D, odränerat, genomfördes inte då modellen kollapsade i beräkningsförfarandet, det tolkades som att säkerhetsfaktorn är under 1 för slänten mot Umeälv. För samma slänt i 3D-modellen uppgick säkerhetsfaktorn till 1,48. Den dränerade beräkningen gav i 2D ett brott på 8 meter från släntkrön och en säkerhetsfaktor på 1,2 och i 3D-beräkningen beräknades den värsta brottytan i den strandpromenaden som ligger vid släntfoten av Umeälv. Det tyder på att de tredimensionella effekterna är av avgörande betydelse för stabiliteten. Det är därmed av värde att utföra 3D-beräkningar för komplexa områden.