Beräkningar för släntstabilitet för finkorniga jordar baseras traditionellt sätt på den odräneradeskjuvhållfastheten bestämd genom vingförsök, fallkonförsök och CPT-sonderingar. Hållfasthetensom erhålls från dessa tre försök korrigeras med empirisk erfarenhet vid framtagning av denodränerade skjuvhållfastheten. De empiriska samband som används vid utvärderingen ärframtagna genom försök på leror vilket innebär att dessa samband är bäst lämpade för utvärderingav just leror.Längs norrlandskusten är en av de vanligt förekommande jordarterna sulfidjord. Denna jordinkluderas normalt sett i de utvärderingsmetoder för finkorniga jordar som korrigeras medempirisk erfarenhet.En plats där sulfidhaltig silt påträffats är på området Norra Ön i centrala Umeå, där CPTsonderingaroch direkta skjuvförsök är utförda av Tyréns AB. Eftersom sulfidhaltig siltklassificeras som sulfidjord som i sin tur utvärderas som lera, kan hållfastheten i verkligheten hosdenna jord skilja sig från vad resultatet efter utvärdering visar. Om hållfastheten underskattas blirde stabilitetshöjande åtgärderna större vilket leder till överdimensionering som i sin tur leder tillökad belastning på miljö och ekonomi.Syftet med denna undersökning är att med triaxialförsök på den sulfidhaltiga silten utvärdera desshållfasthet och jämföra resultatet med resultat från mer traditionella metoder som används främstidag. Detta för att ta reda på om den sulfidhaltiga silten vid Norra Ön utvärderats på ett rimligtsätt utefter de metoder som idag främst används eller om triaxialförsök bör användas i störreutsträckning för att få en mer korrekt utvärdering av just denna jord inom detta försöksområde.En litteraturstudie ligger till grund för avsnitten som behandlar sulfidjord, begreppenhållfasthetsparameter och släntstabilitet, samt beskrivning av de olika provnings- ochutvärderingsmetoderna. Datainsamling har skett genom kolvprovtagning från den undersöktaförsökslokalen, varpå laboratorieförsök och utvärdering genomförts. De geotekniskalaboratorieförsök som genomfördes var bland annat rutinundersökning ochkornstorleksfördelning med syfte att klassificera jorden närmare. Undersökningenkompletterades med fler tester för att vidare undersöka densitet och packningsgrad hosjordmaterialet. Triaxialförsök genomfördes parallellt på två triaxialceller kontinuerligt undertidsramen för undersökningen.Resultatet från de genomförda laboratorieförsöken visade att den undersökta jorden bestod av sålite som 1, 2 och 3 % lera samt hela 27, 20 och 3 % sand vid de olika nivåerna med silt somresterande material. Andelen organiskt material var mellan 2 och 6 % för de undersökta nivåernamed högre värde längre ned i jordprofilen. Den geotekniska klassificeringen av den undersöktajorden, även med hänsyn till andra bedömningsgrunder som packningsgrad, blev sulfidjordshaltigmellanfast sandig silt, sulfidjordshaltig mellanfast silt och sulfidjordshaltig lös silt för de undersöktanivåerna vid 6, 8 respektive 12 m.Resultatet från de odränerade triaxialförsöken visade på en odränerad skjuvhållfasthet på 76 kPapå 6 m djup, 63 kPa på 8 m djup och 63 kPa på 12 m djup. Dessa värden är i jämförelse medhållfasthetsvärden från de övriga försöksmetoderna fallkonförsök, CPT-sondering och direktaskjuvförsök betydligt högre, mer än dubbelt så höga på vissa nivåer, men för alla nivåer betydligthögre.ivFrån de dränerade triaxialförsöken påvisades en friktionsvinkel på 35,5° och ettkohesionsintercept på 7,5 kPa för jordmaterialet vid samtliga nivåer. I jämförelse medfriktionsvinkeln på 30° som antas för lera vid stabilitetsberäkningar är värdena fråntriaxialförsöken betydligt högre.Slutsatsen från denna undersökning är att utvärderingen av hållfastheten hos sulfidhaltig silt skiljersig mellan försöksmetoder där triaxialförsök påvisar en betydligt högre hållfasthet vad gäller bådeodränerad- och dränerad skjuvhållfasthet. Resultatet skiljer sig eftersom de övriga metodernaunderskattar jordens hållfasthet. Därför utvärderas inte sulfidhaltig silt på rätt sätt med dagens mervanliga metoder utan utvärderingen bör förändras i framtiden. Större vikt bör läggas vid dengeotekniska klassificeringen av jorden och därmed avgöra om triaxialförsök bör användas för enmer korrekt utvärdering.

Detta examensarbete presenterar resultat från en laboratoriestudie på en lera från Enköping stabiliserad med kalk och cement. I laboratoriet har isotropiskt konsoliderade odränerade aktiva triaxialförsök utförts på provkroppar och jämförts med enaxliga tryckförsök som utförts på provkroppar från samma inblandningstillfälle. De två metoderna har visat sig ge likvärdiga värden på utvärderad odränerad skjuvhållfasthet. Elasticitetsmodulen har däremot visat sig vara mycket högre för triaxialförsöken än enaxliga tryckförsök. För triaxialförsöken har förhållandet mellan sekantmodulen och den odränerade skjuvhållfastheten legat mellan 112-333. För de enaxliga tryckförsöken ligger förhållandet mellan sekantmodulen och den odränerade skjuvhållfastheten inom intervallet 44-146. Inget mönster har dock kunnat urskiljas då förhållandet mellan de två olika försöken har varierat mellan 1,0-3,5. Ett lägre och högre back pressure användes under triaxialförsöken. Till skillnad från tidigare studier har dock båda dessa back pressures vattenmättat provkroppen. Resultaten visar på att back pressure inte påverkar testresultaten, förutsatt att provet blivit fullt vattenmättat. Utöver denna jämförelse har ytterligare passiva triaxialförsök utförts. De passiva triaxialförsöken har utförts som isotropiskt konsoliderade odränerade försök.. Däremot har två olika metoder använts under skjuvningsfasen. I första typen av försök har den axiella spänningen minskats medan den radiella spänningen har hållits konstant. I den andra typen av försök har i stället den radiella spänningen ökats samtidigt som den axiella spänningen har hållits konstant. Skjuvhållfastheter har jämförts med resultat från kalkpelarsondering i fält och visar på att skjuvhållfastheten genomgående varit högre i fält än i laboratoriet. Dessutom har skjuvhållfastheter och elasticitetsmoduler testats efter olika lagringstider genom enaxliga tryckförsök. / This master thesis presents results from a laboratory study on a clay from Enköping which was stabilized with lime and clay. Isotropic consolidated undrained compressive tests were performed on samples and compared to unconfined compressive testing. The two methods have shown no difference in the evaluation of undrained shear strength. However the modulus of elasticity was shown to be much higher for the triaxial tests. For the unconfined compressive tests the relation between the undrained shear strength and secant modulus was within the range of 44-146. The equivalent for the triaxial tests was in the interval of 112-333. However no pattern was extinguishable between the two tests as this relation has varied between 1,0 to 3,5. A lower and higher back pressure was used during the triaxial testing. However, both back pressures have succeeded in saturating the sample. Results show that the back pressure has little effect on the results, as long as the sample has been fully saturated. In addition to this extension tests were performed on samples as well. The tests performed were isotropic consolidated undrained. However two different shearing methods were used. The first test was strain rate dependant while the second test was stress rate dependant. In the first test the vertical stress decreased while the radial stresses were kept constant, while in the other test the radial stresses increased while the vertical stress were kept constant. The undrained shear strength was compared to lime/cement column penetration tests in field. Results showed that tests in field show a much higher undrained shear strength than laboratory testing.

Efter det dammbrott som skedde vid Brumadinho i Brasilien under januari 2019, där hundratals människor miste sina liv, har frågor kring statisk liquefaction hos anrikningssand fått stort fokus inom gruvdammsindustrin.  Statisk liquefaction kan modelleras med den konstitutiva modellen NorSand, där NorSand-parametrarna kan utvärderas från triaxialförsök. I det här arbetet har ett laboratorieprogram bestående av siktning, sedimentationsanalys, korndensitet, ödometerförsök och triaxialförsök utförts och NorSand-parametrar utvärderats. Fokus ligger på genomförande av laboratorieförsök samt utvärdering av parametrar. Målet är att redogöra för olika osäkerheter som kan påverka resultatet för att på så sätt reda ut vilka de känsligaste faktorerna är, och identifiera vilka moment under utförandet som är särskilt kritiska. Totalt har fyra dränerade och sex odränerade triaxialförsök utförts. Baserat på dessa har NorSand-parametrar utvärderats grafiskt samt genom att matchning av modellerade triaxialförsök i PLAXIS Soiltest mot de utförda försöken. Samtliga utvärderade parametrar ligger inom förväntat spann baserat på litteratur. Flertalet kritiska moment har identifierats avseende genomförandet av triaxialförsök. Vid utvärdering av NorSand-parametrar är bestämningen av portal det klart mest kritiska. Nästan samtliga NorSand-parametrar relateras till de utvärderade portalen. Portalen kan i sin tur bestämmas på olika sätt med olika osäkerheter. För att kunna värdera resultatet är det viktigt att veta vilken metod som använts och hur de känsliga momenten hanterats. På grund av hur kritiskt det är med korrekta portal så kan det vara en bra idé att använda två metoder och sedan jämföra resultaten med hänsyn till deras osäkerheter.  Samtliga NorSand-parametrar förutom Poissons tal bygger på subjektiv tolkning. Antingen utvärderas parametrarna grafiskt baserat på linjer anpassade av individen, eller så matchas modellerade försök till de utförda och då är det upp till individen att balansera försöken mot varandra. För att minimera utrymmet för individuell tolkning är det viktigt att tillräckligt många försök utförs så att potentiella uteliggare kan identifieras. Det är också viktigt att kommande försök planeras för att täcka in de spänningar och portal där det saknas information. / After the tragic failure of the Brumadinho tailings facility in Brazil during January 2019, where hundreds of people lost their life, the question of static liquefaction has received a lot of focus in the tailings industry.  Static liquefaction can be modelled using the constitutive model NorSand, where the parameters are evaluated from triaxial tests. The focus of this work has been on laboratory work and evaluation of NorSand-parameters. The laboratory work consisted of sieving, sedimentation analysis, particle density, oedometer tests, and triaxial tests from which the NorSand-parameters were evaluated. The aim is to identify uncertainties during triaxial testing and evaluation of NorSand-parameters, from which critical factors can be determined. In total, six undrained and four drained triaxial tests have been performed.  Multiple critical factors have been identified during the execution of triaxial tests. In relation to the evaluation of NorSand-parameters, the determination of void ratios is the most significant. For the resulting values to be assessable, it is important to know which method was used and how uncertainties were managed. Because of how critical correct void ratios are, it might be a good idea for them to be determined and compared using different methods. All NorSand-parameters except one are based on a certain amount of subjective interpretation. The person conducting the evaluation either manually fits lines to the test data or tries to match modelled triaxial tests to the ones performed by balancing the tests against each other. To minimize the impact of the individual it is important to carry out enough tests for potential outliers to be identified. It is also of importance to plan upcoming tests to cover stresses and void ratios with lacking data.

Under hösten 2019 har Vattenfall Research & Development byggt en experimentell jordfyllningsdamm i Älvkarleby med dimensionerna 20x15x4 meter. Delar av experimentdammen är konventionellt konstruerade och har installerats med geoteknisk utrustning som utgörs av bland annat inklinometrar och portrycksgivare. Andra delar av experimentdammen har byggts in med defekter som ska representera åldersrelaterade skador eller utförandefel vid konstruktion. Experimentdammen ger möjlighet att under realistiska och kontrollerade förhållanden studera det mekaniska beteendet i samband med fyllning av vatten och vidare drift med hjälp av den geotekniska instrumenteringen samt med stöd av numerisk modellering. I detta examensarbete, som utgör en del av Luleå tekniska universitets forskningsprojekt mot experimentdammen, har experimentdammens beteende i form av deformationer och portryck studerats under uppfyllnad och drift fram till sommaren 2021. Detta har utförts genom simuleringar i det finita elementprogrammet PLAXIS 2D 2019 för en tvärsektion av experimentdammen i plant-deformationstillstånd. Mätpunkterna i modellen har baserats på faktisk placering av den geotekniska instrumenteringen. Den finita elementmodellen av experimentdammen har konstruerats och fyllts med vatten enligt dokumentation från fält. En flödes-deformationsanalys, med den konstitutiva modellen Hardening Soil och den hydrauliska modellen van Genuchten, har tillämpats för att modellera den simultana utvecklingen av portryck och deformationer under uppfyllnad. Materialparametervärden för den finita elementmodelleringen har erhållits från Vattenfall R&D, relevant litteratur och från fält- och laboratorieförsök. I fält har vattenvolymeterförsök utförts på tätkärnan och i laboratoriemiljö har modifierad proctorpackning, dränerade konventionella triaxialförsök, permeabilitetsförsök och övertryckskapillarimeterförsök utförts på tätkärnans material. Resultatet från övertryckskapillarimeterförsök har anpassats mot den hydrauliska modellen van Genuchten för att uppskatta en vattenbindningskurva som beskriver det icke-linjära förhållandet mellan jordens vatteninnehåll och porundertryck, det vill säga det omättade förhållandet. Vattenbindningskurvor för övriga materialzoner har uppskattats baserat på litteratur. Verktyget PLAXIS SoilTest har använts för att optimera materialparametervärden för tätkärnan mot resultat från utförda triaxialförsök. Materialparametrarna E50ref, Eoedref, Eurref, m, c, och ϕ har optimerats fram till brott i triaxial belastning. En känslighetsanalys har utförts för reduktion av filterzonernas och stödfyllningens styvhetsmoduler och deras inverkan på horisontella deformationer i dammkroppen under uppfyllnad. Känslighetsanalysen indikerar att finfiltrets styvhetsmoduler har störst inverkan och grovfiltrets styvhetsmoduler har minst inverkan på de horisontella deformationerna. Studiens resultat visar att magnituden av horisontella och vertikala deformationer kommer vara som störst i den övre delen av dammkroppen och uppgår där till 3,5 respektive 4,0 mm. Dammkroppens huvudsakliga rörelse kommer vara i nedströms riktning och det observerades hur en kontaktzon mellan uppströms filterzon och tätkärnan utgör en gräns för riktning av deformationer. Faktiskt uppmätta rörelser i installerade inklinometrar kunde inte jämföras mot deformationer i den finita elementmodellen eftersom författarens tolkning indikerar på att botten av inklinometrarna har rört på sig, och mätpunkterna i botten av modellen är fixerade. Modellen visar hur en fördröjd utveckling av vattenmättnad sker genom tätkärnan, där uppströms sida av tätkärnan reagerar snabbare på förändringar i vattennivå jämfört med nedströms sida av tätkärnan som uppvisar en fördröjd respons. Vid en sänkning av vattennivån observerades hur tätkärnan håller kvar vatten ovan portryckslinjen medan de grövre materialen dränerar i takt med vattennivåns sänkning. Utvecklingen av de simulerade portrycken i modellen under uppfyllnad och drift överensstämmer bra med de uppmätta portrycken i experimentdammen, när portrycken är positiva. Det observeras hur den finita elementmodellen överskattar negativa portryck (porundertryck). Portrycken i modellen når ett stadigt tillstånd ungefär 115 dagar efter att fyllningen av vatten påbörjats. Den finita elementmodellen lyckas att återge det teoretiska beteendet av jordfyllningsdammar under fyllning i form av huvudsakliga riktningar av deformationer och utveckling av vattenmättnad i tätkärnan. Denna studie bidrar till en djupare förståelse för experimentdammens, och i allmänhet jordfyllningsdammars, mekaniska beteende under uppfyllnad. Resultaten från den finita elementmodellen kan ur ett dammsäkerhetsperspektiv användas för erhålla indikationer på utvecklingen av deformationer, portryck och vattenmättnadsgrad i jordfyllningsdammar under uppfyllnad, och även under en tillfällig sänkning av vattennivån under den första fyllningen. Studien ger också indikationer på vilka materialparametrar som är viktiga vid numerisk modellering av mekaniskt beteende i jordfyllningsdammar. / During the autumn of 2019, Vattenfall Research & Development constructed an experimental embankment dam in Älvkarleby with the dimensions 20x15x4 metres. Parts of the experimental dam are conventionally constructed and have been equipped with geotechnical instrumentation which consist of, among other things, inclinometers and pore pressure transducers. Other parts of the experimental dam have built in defects to represent age-related damages or execution errors during construction. The experimental embankment dam provides the opportunity to, under realistic and controlled conditions, study the mechanical behaviour during filling of water and operation by means of the geotechnical instrumentation and the use of numerical modelling. In this master’s thesis, which forms part of Luleå University of Technology’s research project towards the experimental dam, the behaviour of the experimental dam in terms of deformations and pore pressures have been studied during filling and operation until the summer of 2021. This has been performed by simulations in the finite element program PLAXIS 2D 2019 for a cross section of the experimental dam under plane-strain conditions. Measuring points in the model have been based on the actual location of the geotechnical instrumentation. The finite element model of the experimental dam has been constructed and filled according to documentation from field. A fully-coupled flow deformation analysis, with the constitutive model Hardening Soil and hydraulic model van Genuchten, has been utilised to model the simultaneous development of pore pressure and deformations during filling. Values of material parameters for the finite element modelling have been received from Vattenfall R&D, relevant literature and from field- and laboratory tests. In the field, balloon tests have been performed on the core material. In laboratory environment, modified proctor compaction tests, drained conventional triaxial tests, permeability tests and pressure plate tests have been performed on the core material. Results from the pressure plate tests have been adapted to the hydraulic model van Genuchten to estimate a soil-water characteristic curve in order to describe the non-linear relation between the water content and suction in the soil, i.e. unsaturated conditions. Soil-water characteristic curves for the other material zones have been estimated based on literature. The tool PLAXIS SoilTest has been used to optimise material parameter values of the core against the results from conducted triaxial tests. The material parameters E50ref, Eoedref, Eurref, m, c, and ϕ have been optimised until failure in triaxial loading. A sensitivity analysis has been carried out, by reducing stiffness moduli of the filter zones and the shoulder material, to investigate the influence on horizontal deformations in the dam body during filling. The sensitivity analysis indicates that the stiffness moduli of the fine filter have the largest impact and the stiffness moduli of the coarse filter have the least impact on the horizontal deformations. The results of the study show that the magnitude of horizontal and vertical deformations will be largest in the upper part of the dam body and amounts to 3.5 and 4.0 mm, respectively. The main movement of the dam body will be in the downstream direction and it was observed how a contact zone between the upstream filter zone and the core forms a boundary for direction of deformations. Actual measured movements in the installed inclinometers could not be compared to deformations in the finite element model because the author’s interpretation indicates that the bottom of the inclinometers have moved, and the measuring points at the bottom of the model are fixed. The model shows how a delayed development of saturation occur through the core, where the upstream side of the core responds more quickly to changes in water level compared with the downstream side of the core which show a delayed response. At a lowering of the water level, it was observed how the core retains water above the phreatic line while the coarser materials drain as the water level decreases. Development of the simulated pore pressures in the model during filling and operation corresponds well with the measured pore pressures in the experimental dam, when the pore pressures are positive. It is observed how the finite element model overestimates negative pore pressures (suction). The pore pressures in the model reaches a steady state approximately 115 days after filling of water started. The finite element model succeeds in reproducing the theoretical behaviour of embankment dams during filling in terms of main directions of deformations and development of saturation in the core. This study contributes to a deeper understanding of the experimental dam, and in general mechanical behaviour of embankment dams during filling. The results from the finite element model can be used from a dam safety perspective to obtain indications on the development of deformations, pore pressures and degree of saturation in embankment dams during filling, and also for a temporary lowering of the water level during the first filling. The study also provides indications of which material parameters that are of importance in numerical modelling of mechanical behaviour in embankment dams.