National Transport Library Research Database

Modellering av tidsberoende grundvattensänkning, markdeformationer och dess skaderisker (Modelling of time-dependant groundwater lowering, soil deformations and their associated damage risks)

  • Karstunen, Minna
  • Chalmers tekniska högskola AB, Universitet eller högskola, 556479-5598
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2020-09-01 -- 2026-03-30 Registration number:
  • Trafikverket 2020/54637
Subject(s): Online resources: Abstract: Del 2: Detta projekt är en fortsättning på det pågående projektet Modellering av tidsberoende grundvattensänkning, markdeformationer och dess skaderisker som kommer att avslutas under hösten 2023. Det pågående projektet har bedrivits som ett doktorandprojekt där ett mitt-seminarium kommer att genomföras under våren 2023 (14:e april). Tre specifika studier har genomförts i projektet. I den första studien har en meta-modell med maskininlärning använts för att skala upp 2D finit-elementberäkningar av tidsberoende markdeformationer över ett större område och tillämpats i en fallstudie med god korrelation mot referensdata för backgrundsättningar. I den andra studien har en känslighetsanalys av parameterval i 2D-beräkningar genomförts. I den tredje studien har resultaten från metamodellen tillämpats i en modell för klassificering av risk för skador på byggnader. Var och en av studierna kommer att resultera i en vetenskaplig publikation. Det viktigaste resultatet är att under anläggningstiden är områden med tunna lerlager som angränsar berg känsligast för sättningsskador. Grundläggningar i sådana områden är ofta av varierande typ men undersöks oftast inte med tillbörlig noggrannhet. I del 2 av projektet är målsättningen att doktoranden ska försvara sin doktorsavhandling under hösten 2025. Fyra studier kommer att genomföras i denna del. Den första studien syftar till att vidareutveckla byggnadsskademodellen för att i större utsträckning beakta jord-strukturinteraktion för att kvantifiera effekten av grundläggningen på skaderisken. Den andra studien syftar till att utveckla metamodellen för att skala upp resultatet av känslighetsanalysen från 2D-modeller så att osäkerheter kan redovisas över ett större område. Den tredje studien syftar till att utveckla en modellstruktur för att sammankoppla modeller för geologisk stratigrafi, grundvattenavsänkning, markdeformation och byggnadsskador där osäkerheter i processkedjan beaktas. Den fjärde studien syftar till att använda resultatet från de sammankopplade modellerna med en samhällsekonomisk värderingsmodell för att kunna värdera kostnader och nyttor för olika alternativa åtgärder för att minska risker för byggnadsskador. Del 1: Detta projekt syftar till att kvantifiera geologiska, hydrogeologiska och geotekniska osäkerheter, konsekvenser och risker på grund av lokal grundvattensänkning orsakad av undermarkskonstruktioner i urban miljö under bygg- och driftsfas. Inläckage av grundvatten, under såväl byggnation som drift av infrastruktur under mark, kan ge upphov till sänkning av befintligt grundvattentryck. I områden med deformationskänsliga leror leder trycksänkning till markdeformationer, med potentiellt betydande skador på byggnader och annan infrastruktur i närheten som följd. Baserat på avancerade numeriska kalkyler och systematiska känslighetsanalyser kan modeller prognostisera till vilka nivåer, samt hur länge, grundvatten kan sänkas i ett projektområde utan betydande risk för skadliga markdeformationer. FoU projektet kommer att resultera i nya metoder för riskberäkning, -bedömning och -hantering av deformationsskador till följd av grundvattensänkningar. Dessa metoder ska kunna användas för att säkerställa till vilka nivåer, samt hur länge, grundvattensänkningar kan ske utan risk för betydande skador.Abstract: Part 2: This project is a continuation of the ongoing project Modelling of time-dependent groundwater subsidence, soil deformation and its damage risks that will be completed in autumn 2023. The ongoing project has been conducted as a PhD project where a mid-seminar will be done in spring 2023 (14th April). Three specific studies have been conducted in the project. In the first study, a meta model with machine learning has been used to scale up 2D finite element calculations of time-dependent ground deformations over a larger area applied in a case study with good correlation to reference data for background measurements. In the second study, a sensitivity analysis of parameter choices in the 2D calculations has been performed. In the third study, the results from the metamodel have been applied in a model for the classification of risk of damage to buildings. Each of these studies will result in a scientific publication. The main finding is that during construction, areas with thin clay layers adjacent to rock surface are most susceptible to settlement damage. Foundations in such areas are often of various types, but are usually not investigated with due care. In part 2 of the project, the goal is for the doctoral student to defend his doctoral thesis in autumn 2025. Four studies will be conducted in this part. The first study aims to further develop the building damage model to take greater account of soil-structure interaction to quantify the effect of the foundation. The second study aims to develop the metamodel to scale up the results of the sensitivity analysis from 2D models so that uncertainties can be investigated over a larger area. The third study aims to develop a framework for linking models for geological stratigraphy, groundwater subsidence, ground deformation and building damage where uncertainties in the process chain are taken into account. The fourth study aims to use the results from the linked models with a socio-economic valuation model to evaluate the costs and benefits of different alternative measures to reduce the risk of building damage. Part 1: This project aims to quantify geological, hydrogeological and geotechnical uncertainties, consequences and risks caused by local groundwater lowering associated with underground construction in urban environments during the construction and operation phase. Leakage of groundwater during construction, as well as operation of underground infrastructure, can lower the existing groundwater pressures. In areas with deformation-sensitive clays, this pressure reduction leads to soil deformations, and as a result, potentially significant damage to buildings and other nearby infrastructure. Based on advanced numerical calculations and systematic sensitivity studies, models can be developed that predict to what levels, and for how long, groundwater can be lowered in a project area without significant risk of excessive soil deformations. The research project will result in new methods for risk analyses, assessment and management of deformation damage as a result of changes in groundwater level. These methods could be used to make informed decisions onto what levels, and for how long, groundwater lowering can occur without the risk of significant damage.
Item type: