Koppling av grundvattenmodell och jordmodell med en geoteknisk sättningsmodell

• Main Author: Adrian, Lindqvist
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Uppsala universitet, Institutionen för geovetenskaper 2016
• Subjects: Groundwater drawdown; groundwater modelling; ground settlement; Modflow; Octave; soil mechanics; Grundvattenavsänkning; grundvattenmodellering; geoteknik; sättning
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-294150

Ur ett byggtekniskt perspektiv kan en sänkning i grundvattenytan i en sluten akvifer i ett område med lerjordar ge sättningar som kan skada byggkonstruktioner. Kopplingen mellan hydrogeologi och geoteknik är tydlig men oftast görs grova uppskattningar av konsekvenserna av en grundvattensänkning. Detta beror på att sättning vanligen beräknas i enskilda punkter där data finns att tillgå vilket endast ger resultat för sättningsberäkningar i dessa punkter. Ytor emellan punkterna utelämnas ofta. Dessutom är det inte vanligt att grundvattensänkningen beräknas med etablerade mjukvaruverktyg som Modflow för att få en mer detaljerad bild av avsänkningen och påverkansområdet.Denna studie kopplar samman en numerisk grundvattenmodell simulerad med Modflow samt en jordmodell, framtagen och interpolerad med kriging, med sättningsberäkningar. Detta resulterar i en integrerad modell som har till syfte att generera översiktskartor med predikterad sättning som resultat av grundvattensänkningar i utvalt område. Den integrerade modellen och sättningsberäkningarna är programmerade till denna studie med beräkningsverktyget Octave. Den integrerade sättningsmodellen testas på en fallstudie med verkliga geotekniska och hydrogeologiska data från ett område i Mälardalen. I fallstudien har ett hypotetiskt fall av grundvattensänkning simulerats. Grundläggande hydrogeologisk teori för slutna akviferer används för att bedöma vilka laster och ökad effektiv spänning grundvatten-sänkningar ger upphov till i jorden för fallstudien.Resultaten, i form av meter sättning, från den integrerade sättningsmodellen har verifierats mot beräkningar i programvaran Geosuite Settlement som är ett erkänt verktyg för sättningsberäkningar. Det visar sig att den integrerade sättningsmodellen beräknar sättningar med stor noggrannhet. Resultatet från grundvattenmodellen jämförs med en kriginginterpolerad grundvattenyta baserad på mätningar i grund-vattenrör i området. Grundvattenmodellen har i sin tur jordmodellen integrerad samt en vattenbalans som båda är baserade på verkliga data.Resultaten från fallstudien visar att oväntat stora sättningar kan förekomma i områden som ligger relativt långt ifrån källan för grundvattenavsänkningen. Detta motiverar användandet av en sådan metod för att bedöma risken för sättning.Till fallstudien har tre olika jordmodeller använts både i simulering av grundvattenströmning och simulering med den integrerade sättningsmodellen. De tre jordmodellerna skiljer sig åt så till vida att de har olika mängd data som kriginginterpolationen grundar sig på, det innebär också olika datatäthet i jordmodellerna. Detta har till syfte att undersöka hur sättningsbilden påverkas av datatätheten i jordmodellen och även hur grundvattenmodellen respektive sättningsmodellen påverkas. Resultaten i respektive modell påverkas inte mer än försumbart av datatätheten i jordmodellen visar fallstudien. === From a construction engineering point of view groundwater drawdown in a confined aquifer can result in ground subsidence that can damage buildings and constructions. The connection between hydrogeology and soil mechanics is clear, however when estimating ground settlement as a result of groundwater drawdown the estimations are often rough. This is due to that settlement is traditionally calculated with methods that only allow calculations in single points where geotechnical data is estimated. Areas between these points are often left out of the calculations. Groundwater drawdown is seldom simulated with acknowledged software programs like Modflow when estimating groundwater lowering and the affected area.This study combines a groundwater model simulated in Modflow and a soil strata model, interpolated with Kriging, with settlement calculations. This ends up as a an integrated soil settlement model which has the purpose to generate overview maps over areas that are sensitive to settlement as a result of ground water lowering. The integrated model is programmed in Octave for this study. The model is then tested with a case study that uses data from a real construction project in the area of Mälardalen. A hypothetical case of ground water lowering is simulated for the case study. Fundamental hydro-geological theory is used to estimate loads and effective stresses from the lowering of the water table.The result from the integrated model has been validated against calculations of settlement in the software Geosuite Settlement which is an acknowledged method for settlement calculations. This shows that the integrated model calculates settlement with great precision. The modeled initial ground water table is compared with a kriginginterpolated groundwater table which is based on data from ground water pipes in the area. Based on the comparison the initial ground water conditions simulated in Modflow are accepted. This simulated ground water model has the soil model and also a water balance integrated.The results from the case study show that unexpectedly large ground settlements can occur even far from the source of the ground water lowering.For the case study three different soil models are used, both in the ground water model and in the integrated model. The soil models differ in a way that they are based on different amounts of data from which the kriging interpolation is done. The purpose for this is to investigate what effects this might have on the ground water model and the integrated model respectively. The results from these different simulations show insignificantly small differences.