När säkerheten för jord- och stenfyllningsdammar utvärderas är numerisk modellering ett utmärkt verktyg, till exempel i situationer när traditionella metoder baserade på kraft- och jämviktsmetoder bedöms som inte tillräckliga. För att numeriska beräkningar ska vara tillförlitliga, behövs kunskap om de ingående materialens mekaniska egenskaper. Jordmaterialen i en fyllningsdamm varierar, då de olika zonerna är dimensionerade för att ha olika funktioner. För befintliga dammar är det ofta en utmaning att få information om det mekaniska beteendet hos de ingående materialen. Många dammar är gamla och endast en begränsad information finns om materialen i dammen samt dokumentation om byggnationen.
Inom geotekniken genomförs vanligtvis provtagning, som sedan följs av laboratorieprovning för att bestämma mekaniskt beteende. Traditionell provtagning kan påverka dammkroppen negativt och indirekt ha verkan på dammens funktion och säkerhet, speciellt om provtagningen utförs i den centrala delen av dammen (tätkärnan, zon A i figur 2). Icke-destruktiva metoder vore därför fördelaktiga att tillämpa där det finns begränsningar för provtagning.
Kalibrering av numeriska modeller mot fältmätningar
Idag finns metoder byggda på artificiell intelligens som skapar digitala kopior av verkliga objekt. Flygplansindustrin har utvecklat ett koncept kring ”digitala tvillingar”. Konceptet baseras på att en numerisk modell av ett verkligt objekt uppdateras kontinuerligt mot verkliga mätningar, där modellen som skapas kan identifiera kritiska komponenter och ge förslag på åtgärder. För fyllningsdammar har inte denna metod utforskats i någon större omfattning. Mätningar utförs på och inuti en dammkropp, dessa mätningar skulle kunna användas för att skapa en digital tvilling genom så kallad inversanalys. Om detta görs, minskar behovet av att utföra förstörande (icke-destruktiv) provtagning.
Inversanalys bygger på att kalibrera numeriska modeller mot fältmätningar. I kalibreringsprocessen ändras material-parametrarnas värden, det vill säga indatat för det valda spännings-töjnings-sambandet (den konstitutiva modellen), till dess att skillnaden mellan resultatet från den valda fältmätningen och den associerade responsen från den numeriska modellen är minimerad. För att automatisera processen, det vill säga för att minimera skillnaden, nyttjas en automatisk sökalgoritm. Kalibreringen av den numeriska modellen, med ingående materialparametrar, är klar när skillnaden är minimerad. Resultatet av inversanalysen är en uppsättning värden på materialparametrar karaktäristiska för dammen, som är framtagna utan någon fysisk påverkan på dammkroppen.
I forskning vid Luleå tekniska universitet har finita elementprogrammet Plaxis 2D i kombination med ett optimeringsprogram använts för att identifiera värden på materialparametrar. I Plaxis skapas en numerisk modell av dammen. Optimeringsprogrammet kopplas ihop med Plaxis och söker värden på materialparametrar med hjälp av en sökstrategi (genetisk algoritm som bygger på artificiell intelligens). Metodiken har tillämpats på en damm i norra Sverige, för att utvärdera modulerna för tätkärnan och stödfyllningsmaterialet. Mätdata i form av inklinometermätningar (horisontella rörelser) i dammen har använts.
Artikelförfattare: Jasmina Toromanovic, Luleå tekniska universitet Hans Mattsson, Luleå tekniska universitet Sven Knutsson, Luleå tekniska universitet Jan Laue, Luleå tekniska universitet
