Temaer for prosjekt- og masteroppgaver

Basert på vår erfaring med veiledning og oppgaver viser vi nedenfor eksempler på forslag til prosjekt- og masteroppgaver med veiledning fra NGI. Selve innholdet vil utarbeides i samarbeid med student, veileder ved universitetet og NGIs veileder. En sommerjobb på NGI kan ofte være inngangen til kontakt med fagekspert på NGI for valg av prosjekt- eller masteroppgave. Her er en liste over titler/temaer for slike oppgaver. Nedenfor er det en kort beskrivelse av disse.

  1. Jordskjelvlaster på kjellervegger og tuneller
  2. Numerical (and experimental) modelling of a new laboratory testing device for establishing monotonic and cyclic p-y curves for piles
  3. Analyse av temperatur og strekkbelastning på brustruktur
  4. Influence of organic matter on the geotechnical properties of silts
  5. Pile group response, improved procedures based on calibration with FEA
  6. Lateral response of piles in sand
  7. Long term displacements of monopiles for offshore wind turbines – a numerical study with the high cyclic accumulation model
  8. Modellforsøk – installasjonseffekter fra boring i sand
  9. Probabilistiske stabilitetsberegninger og risikoanalyse av høye jordskråninger i Hønefoss sentrum
  10. 3D-effekter på skråningsstabilitet
  11. Characterisation of excavation-induced soil displacements
  12. Avanserte Lagdelingsmodeller

___________________________________________________________

 

1. Jordskjelvlaster på kjellervegger og tuneller 

Jordskjelvlaster på støttekonstruksjoner er ofte beregnet ved hjelp av en metode som er utviklet av Mononobe-Okabe. Denne metoden har blitt basis for formelverket i de fleste standarder slik som for eksempel Eurocode 8. En variant av denne metoden brukt for laster på kjellervegger er delvis basert på resultater av teoretiske analyser av bølgeforplantning i jord bak fast-innspente vegger. I realiteten beveger en kjeller seg i forhold til jordskjelvbølger, og avhengig av konstruksjonens dynamiske egenskaper kan lasten på kjellerveggen være større eller mindre enn det som er gitt i standarder. I tuneller går forholdene mer i retning av at laster blir mindre.

Formålet med oppgaven er å utføre et litteraturstudie over teoretiske og numeriske løsninger og for å identifisere modellforsøk som kan brukes til verifisering av nye modeller. Det er ideelt med noen innledende PLAXIS analyser for å bli kjent med mekanismene og bruk av PLAXIS i jordskjelvanalyser. Oppgaven kan danne grunnlag for en masteroppgave på samme tema med detaljerte analyser og vurderinger.

Kontaktpersoner:

 

  

2. Numerical and experimental modelling of laterally loaded piles using a new laboratory testing device

NGI has developed a new laboratory device for testing laterally load piles under monotonic and cyclic loading. Primary purpose of the device is to establish p-y curves for offshore piles and conductors, with particular focus on soil-foundation response during small strain symmetric cyclic loading.
 
In early 2018, an NTNU student investigated whether the apparatus can be also used for assessing foundation serviceability and long term foundation response. The results of this master thesis were very promising as it qualitatively demonstrated the general suitability of this apparatus for these kind of problems.
 

Samlebilde p y kurver

 New laboratory testing Device (left) and results from numerical analysis of lateral loading of a pile

 
In order to actual use the device, a quantification of the observed response as well as an interpretation is required. This shall be solved through two companion Master Theses:

  1. Objective of the first thesis is to perform numerical analyses using 2d and/or 3d FEM model(s) of the apparatus. A parametric study shall be performed by varying soil properties, soil state, and loading conditions. Based on the numerical results a theoretical framework for pile response under lateral loading shall be suggested.
  2. Objective of the second thesis is to perform a series of laboratory tests and to establish a database of typical test results. Ideally various soil types should be tested in order to support the theoretical findings concluded from the numerical analyses and to confirm the general applicability of the suggested framework.

Both thesis can be done independently and an interested candidate can decide whether to perform numerical analysis or physical testing. Both assignments shall start with a literature review on p-y curves and similar models testing. The results of the literature review should help to critically review the own findings.

Contact person:

   

 

 

3. Analyse av temperatur og strekkbelastning på brustruktur

NGI installerte i 2008 et omfattende fiberoptisk målesystem på Gøtaelv bru i Gøteborg. Siden installasjonen har det hver fjerde time blitt logget temperatur og strekkbelastning i flere tusen punkter på brua, akkumulert er dette et stort datasett.

Prosjektoppgave: Analysere kort- og langtidsdrift i måledata og relatere dette til temperatursvingninger.

Masteroppgave: Analysere kort- og langtidsdrift i måledata og relatere dette til temperatursvingninger. Beregne temperaturkompenserte strekkmålinger. Foreslå strategi for temperaturkalibrering av fiberoptiske strekkmålinger.

Kontaktpersoner NGI:

 

 

4. Influence of organic matter on the geotechnical properties of silts

Problem description Intermediate silty soils are challenging materials in geotechnical engineering, and limited information on their engineering properties and how these relate to the geological background is available. This is primarily due to uncertainty in material behaviour, difficulties associated with sampling undisturbed material and the interpretation of in situ and laboratory test data. There is a need to provide guidance to practicing geotechnical engineers regarding characterization of silty material.

The Halden research site is being develop has a reference site for geotechnical characterization of intermediate soil within the SP8-GEODIP and National Geo-Test Site projects. Here, results from in situ investigation and soil testing show that patterns of water content, unit weight, magnetic susceptibility, engineering parameters and cone penetration resistance are affected by subtle changes in organic content. Reasons for these gradual change are not fully understood and further studies are necessary.

Student task The project assignment should start with a broad literature study looking at the influence of organic matter on the behavior of geomaterials such as clay, silt and sand.

Later in the MSc. work, the student should perform laboratory investigations to further test the influence of organic matter on the geotechnical behavior of silt. The laboratory investigation should include, for example, triaxial and oedometer tests, and microscopy analyses. Data from the Halden research site will be available. The data set will be completed with a large database of in situ test results available at the research site (e.g. CPTU data, dissipation test results, etc).

Estimated time 2 semester (prosjektoppgave + master oppgave)

Source of data Data from the Halden Research site and access to NGIs database.

NGI supervisor(s): 

 

 

5. Pile group response, improved procedures based on calibration with FEA

Pile groups are widely used for supporting offshore structures, such as jacket platforms. Due to close proximity of the piles, the total capacity of a pile group might be less than the sum of the individual piles, resulting from the interaction between the piles within the group. In the design of the pile group foundations, the group effects are typically accounted for by applying reduction factors to the strength and stiffness of the pile group. As of today's practice, these factors are typically evaluated in a simplistic manner based on elasticity theory. Therefore, there is a need to perform research into this aspect in order to advance the current design practice.

This MSc program proposes to investigate this subject by means of advanced finite element analyses. The project will consist of 1) a comprehensive literature review of the past research in this subject area;  2) developing and benchmarking finite element analysis models; 3) Parametric finite element analyses, where a range of influencing parameters will be looked at, such as the geometric configuration of the pile group, the soil properties etc.; 4) recommendation of improved design method; 5) Evaluation of the impact of the new design method.

Contact person:

  • Youhu Zhang, youhu.zhang@ngi.no,
  • Victor Smith, victor.smith@ngi.no, Section Head Offshore Geotechnics  

 

 

6. Lateral response of piles in sand

Steel pile piles are widely used as foundations or moorings for offshore structures, such as jacket oil platforms, floating production and storage facilities etc. In recent years, the development of offshore wind industry has also seen thousands of wind turbines founded on gigantic large diameter single pile foundations (commonly known as monopiles with diameter of 4-8 m and penetrated 20-40 m into the seabed). In design of offshore piles, in particular those for supporting offshore wind turbines, the lateral soil resistance and stiffness are essential design input.

In recent years, there has been a great deal of research on the lateral response of piles in sand by means of laboratory model testing, centrifuge model testing, field testing, and numerical simulations. Different researchers have proposed various models for calculating the lateral pile response. This MSc program proposes to carry out an assessment of the different models. The project consists of 1) a comprehensive literature survey and identify relevant models for assessment; 2) model evaluation by means of finite element simulations using advanced soil constitutive models and/or back -analyses of selected model/field pile tests; 3) Summary and recommendations.

Contact person:

  • Youhu Zhang, youhu.zhang@ngi.no,
  • Victor Smith, victor.smith@ngi.no, Section Head Offshore Geotechnics   

 

 

7. Long term displacements of monopiles for offshore wind turbines – a numerical study with the high cyclic accumulation model.

NGI is involved in design of offshore wind turbine (OWT) foundations all over the world. The most common foundation method to day is the monopile foundation. Typically, monopiles have a diameter of 6-8 m and a length of 25 – 50 m. The monopile dimensions are increasing year by year following the increase in offshore wind turbines. NGI has currently a research project together with Equinor and several European offshore wind developers to study the effect of cyclic loading on large diameter monopiles. The environmental loads experienced by a monopile is dominantly cyclic. One of the main topic is to develop design procedures to determine long term displacement due to cyclic loading.

A promising method studied in the project is the usage of the "High cyclic Accumulation model". The model is originally developed in Karlsruhe in Germany for drained conditions in sand. NGI would like to improve the model to undrained conditions and partially drained conditions.

The master student should ideally work both the semesters on the topic (both the project and the master thesis).

Work in the 1st semester (project):

  • Literature study of offshore wind turbine foundations, in particular monopiles, and the effect of cyclic loading
  • Literature study of soil models developed for cyclic loading, in particular the High Cyclic Accumulation model (HCA)
  • Back Calculation cyclic drained and undrained laboratory tests by HCS
  • Sensitivity/parametric study of by HCS

Work in the 2nd semester (master)

  • Back calculation of centrifuge tests of monopile applying the HCA model
  • Calculate life time displacement of a full scale monopile applying the HCA. Special focus will be given to the effect of drainage conditions.
  • Development of a simplified design procedure to estimate life time displacement

The student will be supervised by NGI personal and will be offered a seat in NGI's Oslo office to ensure close collaboration with the NGI project team.

Contact person:

 

 

8. Modellforsøk – installasjonseffekter fra boring i sand

 

Modellforsoek

Problembeskrivelse
Gjennom FoU prosjektet BegrensSkade I (2012-2015) ble måledata fra en rekke byggeprosjekter sammenstilt og analysert. Et av funnene var at utførelse av boring for peler og ankere gjennom løsmasser og inn i berg utgjør en økt risiko for setninger i omkringliggende jord. Dette kan videre føre til skader på konstruksjoner/bygg og påfølgende kostnader.

Boring for peler og ankere utføres normalt sett med enten topphammer eller senkhammer, der det benyttes spyling gjennom borkrone for å fjerne borkaks opp fra borhullet, samt drive senkhammeren. Spyling utføres med høytrykksluft og/eller vann.

Det finnes relativt mye måledata fra fullskala feltforsøk med boring av ankere i leire, samt prosjektstudier (case records) som gir økt forståelse av installasjonseffekter fra boring. Målinger tilsier at bruk av luftspyling utgjør en økt risiko for uønskede setninger rundt borkrone og foringsrør sammenlignet med bruk av vannspyling. Det er imidlertid en del usikkerheter knyttet til feltdata, blant annet pga varierende grunnforhold, borsystemer, utførelse/håndverk, flere pågående grunnarbeider samtidig osv. Det gjør det vanskelig å vite nøyaktig hva som skjer nede i jorda under boringen.

I pågående FoU prosjekt Remedy (BegrensSkade II) utføres det vår-sommer 2019 modellforsøk med boring av en miniatyrpel i vannmettet sand, se bilder på neste side. Hensikten med forsøkene er å demonstrere/verifisere effekten av boring med luft- vs. vannspyling under kontrollerte former. Data skal senere sammenlignes og analyseres med tilgjengelig feltdata.

Det er planlagt å utføre en rekke forsøk for å se på effekt av å variere parametere som spylemedium, spyletrykk, borsynk og densitet/fasthet i sand. Målsetning er å benytte data fra felt og modellforsøk til å kunne utarbeide veiledning for utførelse av boring for å redusere risiko for uønskede setninger i omgivelsene.

Det vil være behov for å utføre supplerende modellforsøk for å se nærmere på:

  1. Betydning av endrede boreparametere (spyletrykk, borsynk, densitet sand).
  2. Boring av pel inntil glassvindu (inspeksjonsvindu) for å dokumentere fluiddynamisk prosess rundt borkrone med video og/eller bildeanalyse (Digital Image Correlation)
  3. Forsøk med lagdelinger (f. eks impermeabel leire over sand)

En alternativ oppgave er å benytte 3-fase CFD modellering (Computational Fluid Dynamic) av boring for å demonstrere effekt av spyling med luft eller vann, og studere risiko for erosjon rundt borkrone.

Leveranse
Rapport som beskriver og sammenstiller modellforsøkene, inkludert tolkning av resultater. Vurdering av hvordan resultat kan brukes som grunnlag for bedre prosedyrer og utførelse.

Forventet tid
Det er mulig å legge opp denne oppgaven slik at den både omfatter prosjekt- og masteroppgave, eller eventuelt kun som masteroppgave.

Modellforsøk må i utgangspunktet utføres hos NGI i Oslo siden utstyret står der. Det kan også være mulig å utføre forsøk på NTNU dersom man får benyttet sandkasse og laget rammeverk som holder modellpel.

Datagrunnlag
Relevante måledata fra felt og utførte modellforsøk vil gjøres tilgjengelig som grunnlag.

Studentens bakgrunn
For oppgave med fokus på modellforsøk kreves det ingen spesielle forkunnskaper.

Dersom studenten ønsker å utføre CFD modellering er det anbefalt å ha god bakgrunn med fluiddynamikk og jordmodellering.

NGI vil gi nødvendig opplæring og oppfølging ifm. modellforsøk.

Veiledere

 

 

 

9. Probabilistiske stabilitetsberegninger og risikoanalyse av høye jordskråninger i Hønefoss sentrum

Jordskraaning 500

Problembeskrivelse

I forbindelse planlegging og prosjektering av ny Ringeriksbane har stabilitetsberegninger vist at beregnet sikkerhetsfaktor for mange av de høye skråningene som påtreffes inne i Hønefoss sentrum er for lav i forhold til Bane NOR sitt gjeldende tekniske regelverk. Klassiske deterministiske stabilitetsberegninger benytter karakteristiske materialparametere og tar hensyn til alle usikkerheter ved å benytte en sikkerhetsfaktor. Slike beregninger gir derimot ikke et komplett bilde av sikkerheten ettersom usikkerhetene påvirker selve sikkerhetsvurderingen.

I mange tilfeller er det fornuftig også å se på sannsynlighet for brudd ved probabilistiske analyser. En skråning med beregningsmessig lav sikkerhetsfaktor, men også lav usikkerhet i jordas skjærstyrke, kan være mye sikrere enn en skråning med høyere sikkerhetsfaktor, men med høy usikkerhet i skjærstyrken.

Mange av skråningene i Hønefoss sentrum er relativt høye (20-35 m), og det skal store terrengendringer til for å initiere utglidninger. Det er derfor grunn til å tro at skråningene er relativt sikre/trygge selv om de beregnede sikkerhetsfaktorene er lavere enn gjeldende regelverk.

Oppgaven vil gå ut på å utføres statistiske analyser av geotekniske data, samt utføre probabilistiske beregninger for å beregne sannsynlighet for brudd som supplement til allerede utføret deterministiske stabilitetsberegninger.

I tillegg er det ønskelig det utføres en feiltreanalyse eller hendelsestreanalyse for å identifisere ulike potensielle hendelser (hva som kan gå galt), gi sannsynligheter for hver hendelse, vurdere konsekvenser av hendelsene og se på eventuelle tiltak for å begrense konsekvensene. Det skal konstrueres hendelseskjeder.

Resultatet fra arbeidsoppgaven som er beskrevet ovenfor kan bidra til at allerede prosjekterte geotekniske stabilitetsforbedrende tiltak, i form av avgraving av skråningstopper og oppfylling av skråningsbunn, muligens kan reduseres i omfang, og at man i beste fall kan unngå å rive noen av boligene som allerede er planlagt revet.

Leveranse
Prosjektoppgaven bør innledningsvis beskrive dagens regelverk i forbindelse med utførelse av stabilitetsberegninger (Eurokode 7, Bane NOR sitt teknisk regel verk og Statens vegvesen Håndbok 220/200), samt en kort beskrivelse av probabilistiske beregningsmetoder og risikoverktøy.

Videre skal det utføres statistiske analyser at parametere som går inn i stabilitetsberegningene, samt utføre probabilistiske stabilitetsberegninger. I tillegg utføres og dokumenteres risikoanalyser. NGI gir veiledning og bistår etter behov.

Forventet tid
2 semestere, men oppgaven kan tilpasses til å være kun prosjekt- eller kun masteroppgave. Veiledning: ca. 50 timer fra NGI, men omfanget kan utvides dersom det viser seg nødvendig.

Datagrunnlag
Data kommer i all hovedsak fra Fellesprosjektet Ringeriksbanen og E16 og fås gjennom NGI (som er underkonsulent i prosjektet). Informasjon om prosjektet finnes her:
https://www.banenor.no/prosjekter/prosjekter/ringeriksbanenoge16/

Studentens bakgrunn
Mastergradsstudie i geofag.

Veiledere

 

 

10. 3D-effekter på skråningsstabilitet

Slope stability

 

Problembeskrivelse
Vurdering av skråningsstabilitet i geoteknisk prosjektering baseres som regel på 2D (plane) beregningssnitt, men valg av kritiske snitt ut ifra topografi og grunnforhold. 3D-effekter som påvirker stabiliteten til skråningen kan være variasjon i grunnforhold, dybde til berg, topografi, vann/sjø osv. I tillegg kommer det en betydning av mer eller mindre konsentrerte terrenglaster, gjerne for eksempel i forbindelse med kai-konstruksjoner og liknende.

Leveranse
Leveransen kan være en gjennomgang av litteratur og teori, inkludert evaluering av ulike metoder for å vurdere 3D effekter basert på 2D beregninger. Deretter beregninger av reelle tilfeller av skråninger som er prosjektert, etterregning av faktiske brudd (det må finnes et godt eksempel å etterregne) og parameterstudier på reelle skråninger.

Hensikten vil være å sammenligne eksisterende metoder for evaluering av 3D effekter basert på 2D beregninger med resultater fra faktiske 3D beregninger av skråningsstabilitet, og deretter vurdere i hvilken grad metodene gir riktige resultater.

Forventet tid
Kan utføres som prosjekt- eller masteroppgave. Oppgavens omfang må tilpasses. For eksempel kan prosjektoppgave begrenses til litteraturstudie og muligens etterregning og evaluering av en enkelt skråning.

Masteroppgaven kan i tillegg ta for seg en flere eksempelsituasjoner og parameterstudier på betydning av for eksempel

  • Variasjon i grunnforhold
  • Varierende dybder til berg
  • Utbredelse av terrenglaster
  • Variasjon i topografi (stigende/synkende terreng på sidene, utstikkende rygger, lokalt bratte partier mv)
  • Dype/grunne skjærflater

NGI vil bidra med ca 40 timer til veiledning.

Datagrunnlag
NGI kan bidra med topografi og grunnforhold for reelle naturlige skråninger og fyllinger, for parameterstudie bygges eget eksempel. Om aktuelt kan det etterregnes brudd i skråninger fra litteraturen.

Veiledere

 

 

11. Characterisation of excavation-induced soil displacements

Schweigaardsgt 700

Problem description
Excavation works in urban areas are likely to increase due to population growth and urbanisation. However, excavations in soft ground can result in soil displacements, which can have detrimental effects on adjacent structures. Methods to assess the risk of damage due to these excavation-induced settlements are typically based on so-called greenfield scenarios where buildings are not present.

While tunnelling-induced soil displacement profiles in both the vertical and horizontal plane are relatively well described, there is a lack of widely accepted curves to characterise ground displacements caused by deep excavations. This can have significant implications when assessing the potential risk of building damage due to excavation works.

The objective of this MSc study will be to evaluate currently available methods to describe ground displacements caused by deep excavations in soft soil with focus on typical Norwegian ground conditions and excavation works. Field data collected from recent projects in Norway will be analysed to assess the fit of available settlement expressions in both the vertical and horizontal plane. In addition, the effect of using different available settlement curves on building damage assessments will be investigated.

Results will generate fresh insight into excavation-induced ground displacements and will contribute towards better assessing damage caused by excavation works.

Student tasks
The main tasks of this project may be dived into the following tasks. First, this work will start with a review of existing methods to describe soil displacements adjacent to deep excavations. Second, implications of using these different settlement descriptions on widely adopted damage assessments will be evaluated. Third, this study will capitalise on case study data to quantify the goodness of fit of different settlement curves.

Finally, practical guidance on characterising excavation-induced ground displacements will be given.

Estimated time
2 semesters (9th semester project + masters thesis). Supervision from NGI: ca. 50 hours.

Source of data
Data from the BegrensSkade I and II research projects.

Supervisors 

 

 

12. Avanserte Lagdelingsmodeller

Problembeskrivelse
Tradisjonelt blir berg- og lagdelingsflater modellert som lineære triangler mellom utførte grunnboringer. Kan vi ta i bruk annen, gratis tilgjengelig data, slik som terrengnivå, helning, geologi for å lage mer presise modeller? Hvordan presterer ulike interpolasjonsmetoder? Hvordan presterer maskinlæringsteknikker? Kan vi kvantifisere og illustrere usikkerhetene som ligger i modellen?

Oppgaven er kanskje mere aktuell for studenter innen geomatikk enn geoteknikk, ev med noe kombinasjon mellom de to.

Leveranse
Oppgaven bør systematisk gå gjennom ulike teknikker for generering av flater, og sammenstille resultatene for flere lokasjoner med betydelig datagrunnlag. Det bør også legges vekt på å vurdere og synliggjøre usikkerheten av de modellerte flatene.

Forventet tid
Foreslått som kombinert master og prosjektoppgave, men kan tilpasses som kun masteroppgave.

Datagrunnlag
NGI stiller ved behov med data fra relevante prosjekter.

Studentens bakgrunn
Studenten bør kunne objektorientert programmering, og helst ha kjennskap til vanlige metoder for maskinlæring.

Veiledere