Hjælper ingeniører med bedre at forudsige lerskred

Norge oplever farlige jordskred på grund af sin lerrige jord. Til sin kandidatafhandling i civilingeniør ved EPFL, Mathilde Metral skitserede tiltag, som landets geotekniske ingeniører kan tage for at forbedre den forudsigende computermodel, de er ved at udvikle.

Den kraftige regn, der skyller hen over Europa med stigende hyppighed, kan være særlig skadelig i Norge, hvor den lerrige jord er modtagelig for jordskred. Som en del af hendes kandidatafhandling i civilingeniør, Mathilde Metral arbejdede sammen med Norges Geotekniske Institut (NGI) for at teste den computermodel, som ingeniører der er ved at udvikle til at forudsige lerskred. "Jeg ønskede at anvende geotekniske koncepter for at hjælpe med at forhindre naturkatastrofer, " siger hun. "Min interesse for dette emne stammer fra udfordringen med at undersøge disse komplekse fænomener såvel som fra de bjergbestigningsaktiviteter, jeg nyder at lave." Metral gik sammen med EPFL's Laboratory of Soil Mechanics (LMS), ledet af prof. Lyesse Laloui, for hendes forskning. Forslaget om at arbejde med NGI – kendt over hele verden for sin ekspertise inden for lerjord – kom fra Alessio Ferrari, forskningsassistent hos LMS og Metrals specialevejleder.

Norge har oplevet tre store jordskred i de seneste 12 år på grund af den ustabile natur af dets kvikler. Det første arrangement fandt sted i Kattmarka den 13. marts 2009, når et jordskred bar af flere bygninger og en del af en motorvej. Derefter, den 10. november 2016, en flydende masse kvikler dræbte tre bygningsarbejdere i Sorum. Og den 30. december 2020 i Gjerdrum, en landsby med 5, 000 indbyggere nordøst for Oslo, et jordskred jævnede 30 boliger med jorden. Den katastrofe efterlod ni døde, med en person stadig savnet og omkring 1, 000 mennesker skal evakueres.

En teknologisk udfordring

Ingeniører i Norge har i flere år arbejdet på at udvikle en computermodel, der kan forudsige sådanne katastrofer. Men de involverede mekanismer er komplekse, og modellering af dem involverer en del forskning, forsøg og fejl. Metrals kandidatafhandling indebar at teste robustheden af ​​ingeniørernes model ved at se, hvor godt den kunne replikere jordskredene i 2009 og 2016. Hun udførte tilbageregninger, at køre modellen baseret på de parametre, der blev brugt på det tidspunkt for at bestemme, hvad modellen ville have forudsagt, og hvad der stadig var nødvendigt for en nøjagtig forudsigelse.

"Norges lerskråninger er kun stabile i havmiljøer. Men da Norges klima ændrer sig, og kraftige regnskyl fjerner det salt, der er naturligt til stede i jorden, jorden kan let falde sammen som et korthus, " siger Metral. "Det er en reel trussel for nærliggende huse og infrastruktur." Meget af det, der gør jordskred i kvikleret så vanskeligt at forudsige, er, at ingeniører skal anvende de fundamentale love for væskemekanik på klassiske geotekniske stoffer. Den række af variabler, de har at inddrage i deres ligninger omfatter jordtopografi og tæthed, flydespænding i jordens intakte og flydende tilstand, og kvaliteten af ​​jordsammensætningsdata opnået under jordundersøgelser.

Begrænsninger af software

"Jeg var i stand til at identificere, hvor deponeringsområderne var for begivenhederne i 2009 og 2016 og beregne det sandsynlige tidsinterval for jordskredene, " siger Metral. "NGI-modellen gjorde et godt stykke arbejde med at kopiere Kattmarka. Men for Sorum, det var svært at vide, hvordan jordbundsforholdene var på det tidspunkt, fordi de topografiske kort der er ældre, og der foregik byggearbejde på det tidspunkt." Ved at teste effekter, der ikke var blevet undersøgt tidligere, og som endnu ikke er operative, Metral hjalp NGI-ingeniørerne med at forfine deres udvælgelseskriterier og bedre forstå begrænsningerne ved deres software.

Disse former for forudsigelsesmodeller bliver stadig vigtigere, efterhånden som den globale opvarmning tager fart, ifølge Ferrari:"Global opvarmning forstærker fænomener såsom ekstreme nedbørshændelser, nedbrydning af permafrost og øget snesmeltning. Som en konsekvens, virkningen af ​​jordskred vil sandsynligvis vokse i modtagelige områder. Ved at udvikle og forfine modelleringssoftware – som det Mathilde gjorde for sin kandidatafhandling – vil vi være bedre i stand til at forudse de potentielle konsekvenser af jordskred og afbøde de relaterede risici."