6. Kort om försöksfåltet
6.3 Resultat från försöksfältet
Resultaten från försöksfältet som visas nedan är från de första 7 månadernas drift. Under denna tid har lager 1 genomgått en hel temperaturcykel och lager 2 som startades 3 månader senare har uppnått en konstant temperatur av 70°C.
Figur 14. Sättningar och temperatur i lager 1 och 2.
I Figur 14 visas resultat från de automatiska sättningsmätarna vid markytan mitt i lager 1 och 2 samt temperaturgivare mitt i lagren. Man ser en tydlig svällning från början i lager 1 under första fasen av uppvärmningen. Därefter sätter sig marken i jämn takt tills nerkyl
ningen påbörjas. Under nerkylningen ökar deformationshastigheten kraftigt för att sedan plana ut och sättningskurvans utseende följer då temperaturkurvan. I lager 2 däremot är svällningen betydligt mindre vilket beror på att uppvärmningen för detta lager utfördes långsammare och att den samtidiga konsolideringen därigenom tog överhanden.
Portrycksändringarna i lager 1 och 2 redovisas i Figur 15 där även temperaturkurvor är inri
tade. Värdena för portrycksändringen är tagna från de automatiska BAT-mätarna men jäm
förelser är gjorda med de öppna rören och uppenbart felaktiga värden har rensats bort.
80 · - - - • - - - - 80
-30- 62=Pvt 9,0 m lager 2 T2=Temperatur lager 2
-40+,- - ~
,---.,---r-"--"1""""--...,,.,.---....,.,.,.---,-,---~ w ~ ru m M ~ ~
1992
Figur 15. Portrycksändringar och temperatur i lager 1 och 2.
vilket illustrerades vid den odränerade uppvärmningen till 70°C i laboratoriet med prov från 9 m, jämför Figur 8.
Porövertryck, Liu=
Temperatur Beräknade Mätta värden Mätta värden Mätta värden och djup värden ekv. (1) triax. försök lagerl lager 2
40° och 6 m 15, 1 kPa 13 kPa 16 kPa 12 kPa
40° och 9 m 19,5 kPa 15 kPa 50 kPa 28 kPa
70° och 6 m 28,8 kPa 27 :kPa 20 kPa 25 kPa
70° och 9 m 37,3 kPa 35 kPa 62 kPa 40 kPa
Tabell 2. Beräknade och uppmätta värden på porövertrycket vid olika temperaturer.
Vid jämförelse mellan sättningskurvorna från försöksfältet och den uppmätta vertikala de
formationen i triaxialförsöken kan man konstatera att uppvärmningen i försöksfältet delvis var dränerad. Den maximala vertikala svällningen i lager 1 var ca 0,06 % och för lager 2 var den 0,02 % . Vid odränerad uppvärmning till 70°C i triaxialapparaten var den maximala svällningen 0,23 % . Svällningen blev inte alls lika stor i fält som i laboratoriet. Jämförs där
efter den totala sättningen före nerkylning var värdet 0,25 % både för lager 1 och 2 för samma tidsperiod. I laboratoriet var motsvarande värde på sättningen i dränerade försök 0, 7
% . Värdena från triaxialförsöken är tagna som ett medelvärde ur mitten från försök utförda med prover från 6 meters djup . Det sistnämnda värdet på sättning från triaxialförsöket är svårt att jämföra med försöksfältet eftersom spänningssituationerna var olika.
Vid jämförelse mellan skjuvhållfasthetsvärdena från försöksfältet och triaxialförsöken syns en nedåtgående trend med ökande temperatur i båda fallen. Värdena från triaxialförsöken är högre vilket är normalt då de utförs som ett aktivt kompressionsförsök. Studeras förhållan
det mellan skjuvhål!fasthetsvärdena från 8°C respektive 70°C, jämför Figur 12 och 16, er
hålls en minskningen med ca 30 % oavsett försöksmetod.
Skjuvhållfastheten kan grovt antas vara direkt proportionell mot förkonsolideringstrycket.
Antas detta gälla även vid uppvärmning kan skjuvhållfasthetsminskningen p.g.a. ökande temperatur beräknas enligt Tidfors och Erikssons försöksresultat som redovisades i avsnitt 1.2. I båda fallen erhålls en minskning av skjuvhållfastheten med ca 60 % vid uppvärmning från 8 till 70°C. Erikssons resultat avser dock sulfidjordar. Denna typ av beräkning tycks kraftigt överskatta hållfasthetsnedsänkningen.
7 .2 Slutsatser och framtida insatser
Iakttagelserna från triaxialförsöken och jämförelserna med försöksfältet kan sammanfattas i följande punkter:
• Vid uppvärmning av lera expanderar porvattnet och lerpartiklarna vilket ger en svällning om möjligheten till dränering är begränsad. Samtidigt sker en portryckshöjning och detta leder till att en konsolideringsprocess startar.
• Mellan 40 och 70°C förändras lerans egenskaper så mycket att det uppstår deforma
tioner.
• Man kan för triaxialförsök teoretiskt beräkna portrycksändringen p.g.a. temperaturök
ning med ekvation (1). För värmelager i fält måste dock hänsyn tas till tillskott i por
övertryck p.g.a att det horisontella jordtrycket ökar.
• Den odränerade skjuvhållfastheten för den provade leran minskar med ca 30 % vid en ökning av temperaturen från 8 till 70°C.
Slutsatserna i denna rapport visar att vid uppvärmning av lera upp till ca 40°C förändrar inte lerans egenskaper mycket vilket gör att värmelager som inte används för högre tempe
raturer än 40°C är gynnsammare ur geoteknisk synvinkel än högtemperaturlager (70°C), dvs sättningarna blir små och skjuvhållfastheten minskar måttligt.
För högtemperaturlager krävs mer geoteknisk forskning för att kunna uppskatta sättningarna i och utanför ett lager och på så sätt ha kontroll över situationen. Man kan titta närmare på om portrycksökningen direkt kan relateras till en sättning med hjälp av Terzhagis konsoli
deringsteori med hänsyn tagen till krypeffekter. Om det är så skulle beräkningarna av sätt
ningen vid uppvärmning av lera kunna göras ganska enkla eftersom man redan idag kan få en uppskattning av portrycket vilket då skulle bli den styrande parametern. För att detta samband skall kunna utredas krävs att man utför ett antal vanliga deformationsförsök, för
sök där krypparametrarna studeras samt att man studerar portrycksutvecklingen, deforma
tion och krypning för olika typer av leror vid uppvärmning.
Skjuvhållfastheten i leran sjunker kraftigt vid höga temperaturer vilket man måste ta hänsyn till vid stabilitetsproblem t.ex för gropvärmelager eller slanglager som placeras nära en slänt. Däremot är det oklart hur mycket skjuvhållfastheten minskar. Detta innebär att man tillsvidare inte ska placera högtemperaturlager i ett område där stabiliteten kan äventyras.
Det behövs mera underlag för att klarlägga hur mycket skjuvhållfastheten sjunker hos olika typer av leror.
8. Referenser
Bergenståhl, L, Gabrielsson, A, Lehtmets, M (1993). Delrapport från försöksfältet. Statens Geotekniska Institut, Linköping. Opublicerat arbete.
Bergenståhl, L, Lehtmets, M, Sundberg, J (1990). Försöksfält för högtemperaturlagring i lera, förprojektering. Statens Geotekniska Institut, Varia 278. Linköping, 35 p.
Campanella, R. G, Mitchell, J. K. (1968). Influence of temperature variations on soil be
haviour. ASCE, Vol. 94, No SM3.l, pp 709-734.
Eriksson, L. G. (1992). Sulfidjordars kompressionsegenskaper, Inverkan av tid och tempe
ratur. Licentiatuppsats, Tekniska Högskolan i Luleå, avdelningen för geoteknik. Luleå, 151 p.
La Rochelle, P, m.fl. (1988). Observational approach to membrane and area corrections in triaxial tests. ASTM STP 977, Phiadelphia, pp 715-731.
Larsson, R (1986). Consolidation of soft soils. Statens Geotekniska Institut, Rapport 29.
Linköping, 174 p.
Tidfors, M (1987). Temperaturens påverkan på leras deformationsegenskaper-en laborato
riestudie. Licentiatuppsats, Chalmers Tekniska Högskola, Inst. för geoteknik med grund
läggning. Göteborg, 119p.
Egenskaper och resultat från triaxialförsök vid olika temperaturer
Prov Hål/ Vattenkvot Densitet Vertikal Volymändring Brottvinkel
D=långsamt burk deformation
C=snabbt (%) (t/m3) (%) (%)
D610 2 I m 83,0 1,53 1,0 1,6 52°
D640 2/u 87,1 1,51 1,5 2,0 52°
D670 12 / u 86,1 1,53 5,6 4,7 55°
C610 1 / m 81,1 1,53 1,3 2,5 54°
C640 1 / u 81,6 1,53 1,7 2,4 52°
C670 11 / m 81,3 1,52 1,2 2,4
C671 11 / u 85,3 1,53 1,5 2,7 480
D910 13 / m 82,9 1,54 7,3 9,0
D940 12 / u 77,5 1,56 2,8 3,8 26°
D970 21 m 84,7 1,53 3,5 3,8
C910 13 / u 79,6 1,55 6,3 7,1 38°
C940 1 / u 81,9 1,53 1,83 2,4 55°
C970 1 / m 85,7 1,54 4,0 5,0 45°
Före konsolidering Efter konsolidering