Stabiliteetin laskeminen analyyttisillä ja numeerisilla menetelmillä

Abstract

Laskemalla maapenkereen tai luiskan stabiliteetti saadaan varmuus maan murtumista vastaan. Työn tarkoituksena on tutustua stabiliteettilaskennan taustateorioihin ja selvittää, mitä ovat analyyttiset ja numeeriset laskentamenetelmät ja miten niiden laskentaprosessit ja -tulokset eroavat toisistaan. Työssä tehdään kirjallisuuskatsaus stabiliteettilaskennan taustateorioihin ja laskentaparametreihin. Keskeisimmät lähteet ovat RIL:n julkaisut 157-2 ja 207-2009, Penkereiden stabiliteetin laskentaohje Liikennevirastolta, Eurokoodin soveltamisohje NCCI7 Väylävirastolta ja R.F. Craigin kirja Soil Mechanics. Stabiliteetti voidaan laskea analyyttisesti tai numeerisesti. Analyyttiset menetelmät ovat yksinkertaisempia ja niillä on mahdollista laskea stabiliteetti käsin. Tässä työssä tutustuttiin lamellimenetelmiin ja laskettiin saviluiskan ja penkereen lyhytaikainen stabiliteetti Bishopin yksinkertaisella menetelmällä. Numeeristen menetelmien osalta perehdyttiin elementtimenetelmään, jota toteutetaan nykyään pääasiassa laskentaohjelmistoilla. Saviluiskan ja penkereen stabiliteetin numeerisessa laskennassa käytettiin laskentaohjelmistona Rocscience RS2:a. Jotta menetelmien vertailu olisi helpompaa, tehtiin työssä muutamia rajauksia. Esimerkkikohteet ovat hienorakeista maalajia, joten molemmille tehdään lyhytaikainen tarkastelu. Lisäksi tehtiin oletus äärettömän pitkästä luiskasta, jotta laskenta voidaan toteuttaa 2D:nä. Laskentaparametreina käytetään suljettua leikkauslujuutta, tilavuuspainoa ja kitkakulmaa. Ulkoiset vaikutukset, kuten lämpötilan ja pohjavedenpinnan vaihtelut, jätetään pois tarkastelusta. Maan voidaan olettaa murtuvan selkeää liukupintaa pitkin. Maan leikkauslujuus ja maan oma paino liukupinnan alapäässä vastustavat maan murtumista ja liukupinnan yläpäässä oleva maan paino pyrkii liikuttamaan maata liukupintaa pitkin. Jotta laskenta olisi mahdollista, tulisi maan käyttäytymisen periaatteet tuntea hyvin. Stabiliteetin laskenta ohjelmistolla edellyttää hyvää asiantuntemusta. Yksinkertaisen tapauksen laskennassa laskennan lopputulos on sama riippumatta siitä, laskeeko analyyttisella vai numeerisella menetelmällä. Monimutkaisemmassa tapauksessa analyyttinen menetelmä on epätarkka. Kun laskennan parametrit ja taustaoletukset osaa antaa laskentaohjelmalle oikein, voidaan mukailla todellista tilannetta ja tulokset ovat tarkempia.