Gagnagrunnur fyrir skúfbylgjuhraða í jarðsniðum byggður á yfirborðsbylgjumælingum

Höfundar

Elín Ásta Ólafsdóttir, Bjarni Bessason, Sigurður Erlingsson

Ágrip

Yfirborðsbylgjumælingar eru skilvirk leið til að ákvarða stífnieiginleika jarðvegs. MASW er aktíf yfirborðsbylgjuaðferð sem byggir á tvístrunareiginleikum Rayleigh bylgna og tengslum milli útbreiðsluhraða þeirra og fjaðureiginleika jarðvegs. Með slíkum mælingum er skúfbylgjuhraði ákvarðaður sem fall af dýpi og hann síðan notaður til að reikna skúfstuðul jarðlaga. MASW mælingar hafa gefið góða raun við íslenskar aðstæður til að meta stífnieiginleika jarðlaga niður á 10–30 m dýpi, þar með talið í grófum eða samlímdum jarðvegi. Þá hafa yfirborðsbylgjumælingar þann kost að vera ódýrar í framkvæmd og valda ekki raski á yfirborði jarðar.

Á árunum 2013 til 2021 framkvæmdu höfundar MASW mælingar á nítján rannsóknarstöðum hérlendis, aðallega á sunnanverðu landinu en einnig á nokkrum stöðum í Eyjafirði og við Skjálfandafljót. Þeim skúfbylgjuhraðaferlum sem fengust með þessum mælingum hefur nú verið safnað saman í gagnagrunn í opnum aðgangi, sem finna má á slóðinni http://serice.hi.is/#/velocity-profiles. Auk mældra skúfbylgjuhraðaferla eru niðurstöður mælinga settar fram á formi meðalskúfbylgjuhraða
sem fall af dýpi í samræmi við notkun þeirra í Evrópustaðli, Eurocode 8. Í gagnagrunninum gefst tæknifólki og rannsakendum ekki aðeins kostur á því að nálgast fyrrgreindar mæliniðurstöður, heldur einnig að bera saman niðurstöður mælinga frá mismunandi svæðum með einföldum hætti.

Mælistöðunum er skipt í fjóra flokka eftir jarðvegsgerð, þ.e. (I) mýrlendi og mýrarkenndur jarðvegur, (II) laus sand- og/eða malarkennd setlög, (III) manngerðar fyllingar og jarðstíflur og (IV) samlímdur jarðvegur og móhella. Í greininni eru settar fram einfaldar reynslulíkingar fyrir skúfstuðul sem byggðar eru á mældum skúfbylgjuhraðaferlum fyrir hvern ofangreindra flokka. Slíkar líkingar nýtast til að meta skúfstuðul eða skúfbylgjuhraða á stöðum þar sem mælingar hafa ekki verið framkvæmdar en upplýsingar um jarðvegsgerð liggja fyrir. Þær má einnig nota til að framreikna mæliniðurstöður í tilfellum þar sem könnunardýpi mældra skúfbylgjuhraðaferla er ekki nægjanlegt.

Abstract

Surface wave analysis is a non-invasive, fast, and cost-efficient approach for in-situ evaluation of soil stiffness. MASW is an active-source technique that utilizes the dispersive properties of Rayleigh waves and provides information on shear wave velocity (small-strain shear modulus) down to 10–30 m depth. MASW measurements have been found well-suited for profiling of Icelandic soil sites. These include gravelly sites and sites characterized by partly cemented materials or mixed soils containing cobbles and/or boulders.

The authors have conducted MASW measurements at 19 sites in Iceland between 2013 and 2021. Most of the surveyed sites are in South Iceland, although a few sites are located on the northern coast. Between one and seven shear wave velocity profiles have been measured at each site, with an inter-profile distance below 1.1 km in all cases. This paper introduces a database where the measurement results can be accessed. The database is available as an Open Access Webpage (http://serice.hi.is/#/velocity-profiles) and provides the user with an interface which allows results from different sites to be viewed simultaneously and compared. The retrieved shear wave velocity profiles are further presented as time-averaged shear wave velocity as a function of depth in line with the site categorization in Eurocode 8.

The sites included in the database are divided into four classes based on the encountered soil types: (I) peat and peaty soils (natural deposits), (II) sandy and gravelly soils (natural deposits), (III) engineered fills and earth dams and (IV) cemented materials (natural deposits). Simple empirical correlations, describing the relationship between the effective confining pressure and small-strain shear modulus, are presented for each class. In absence of site-specific measurements, such correlations can be of value to evaluate stiffness parameters for the specific soil types. They can further be used to extrapolate measured profiles down to a greater depth.