Methods for Buttress Dam Stability Assessment Considering Monolith Interaction and Structural Cracks

QC 20261106

Abstract

Vid stabilitetsanalyser av lamelldammar antas dammen vanligtvis vara intakt och monoliterna betraktas var för sig. Därmed försummas effekten av genomgående sprickor och interaktion mellan monoliter. Att bortse från dessa mekanismer kan leda till både över- och underskattning av bärförmågan och även påverka den förväntade brottmoden. Syftet med denna avhandling är därför att förbättra förståelsen för och bedömningen av stabilitet och brottbeteende hos lamelldammar, med särskilt fokus på interaktion mellan monoliter, genomgående sprickor och krav vid numerisk modellering.

Dessa fenomen studerades med en kombination av fysiska och numeriska modeller. De fysiska modellförsöken genomfördes för att undersöka brottbeteendet hos monoliter med respektive utan interaktion, samt med och utan genomgående sprickor. Finita elementanalyser (FE-analyser) användes för att reproducera modellförsöken, validera de numeriska modelleringsmetoderna och utvidga analyserna till konfigurationer som inte studerats experimentellt. De numeriska modellerna sträckte sig från relativt enkla modeller med fördefinierade friktionsytor till modeller med sprickbildning i betongen och en modell för armerade sprickor med råa sprickytor, där ballastinteraktion och armeringens bidrag beaktades.

Interaktion mellan monoliter visades kunna påverka både bärförmågan och brottbeteendet hos lamelldammar avsevärt. De största ökningarna i bärförmåga skedde i korta dammar med brant lutande grundläggningsytor i tvärled. Brott i enskilda monoliter bedömdes som osannolika så länge kontakt och interaktion med angränsande monoliter upprätthölls. Betydande deformation kan dock krävas för att mobilisera denna interaktion. Den ökade bärförmågan bör därför i regel inte tillgodoräknas i den primära stabilitetsanalysen, utan snarare betraktas som reservkapacitet. Interaktion är också viktig för att förutsäga dammens globala brottbeteende.

Genomgående sprickor visades kunna påverka både bärförmågan och brottmoden hos lamelldammar. Om en sprucken lamelldamm kan visas vara stabil när den representeras som separata block åtskilda av släta ytor med Coulomb-friktion, där både ballastinteraktion och armering som korsar sprickan försummas, är sådana förenklade modeller tillräckliga för bedömning av bärförmågan. Modellerna kan dock ge felaktiga brottmoder och är mindre lämpliga för att förutsäga dammens faktiska beteende. Om den förenklade blockmodellen inte visar tillräcklig stabilitet kan ballastinteraktion och armering som korsar sprickan behöva inkluderas. För armerade sprickor med råa sprickytor visades den initiala sprickvidden ha stor inverkan på bärförmågan och i vissa fall även på den styrande brottmoden. En modell där armeringen beaktas men sprickytan representeras med Coulomb-friktion kan därför inte generellt antas ge en konservativ uppskattning av bärförmågan.

Hur detaljerad den numeriska modellen behöver vara beror på vilket beteende som ska studeras och på syftet med analysen. Förenklade modeller var tillräckliga för brott som huvudsakligen styrdes av stelkroppsrörelser, medan tredimensionell interaktion, materialbrott och beteendet hos armerade sprickor krävde mer detaljerade modeller. Resultaten har även betydelse för övervakning av dammar, där stabilitetsanalyser kan användas för att identifiera relevanta lokala och globala responsparametrar samt strukturellt viktiga sprickor. Slutsatserna avseende övervakning är dock kvalitativa och ytterligare validering under representativa fältförhållanden krävs för att minska osäkerheterna kopplade till verkliga grundläggningsytor och genomgående sprickor påverkade av nedbrytning.

Link to DiVA