Slope Stabilization Guide, Exams of Engineering

Download Slope Stabilization Guide and more Exams Engineering in PDF only on Docsity! Minnesota Department of Transportation Research Services & Library 395 John Ireland Boulevard , MS 330 St. Paul, Minnesota 55155-1899 Authors: David Saftner, Carlos Carranza-Torres and Mitchell Nelson Report Number: MN/RC 2017-17G Date Published: June 2017 Slope Stabilization Guide for Minnesota Local Government Engineers Technical Report Documentation Page  1. Report No. 2.  3. Recipients Accession No. MN/RC 2017‐17G 4. Title and Subtitle 5. Report Date Slope Stabilization Guide for Minnesota Local Government  Engineers  June 2017  6. 7. Author(s) 8. Performing Organization Report No. David Saftner, Carlos Carranza‐Torres and Mitchell Nelson 9. Performing Organization Name and Address 10. Project/Task/Work Unit No. Department of Civil Engineering  University of Minnesota Duluth  1405 University Drive  Duluth, Minnesota  55812  CTS #2016011  11. Contract (C) or Grant (G) No. (c) 99008 (wo) 190  12. Sponsoring Organization Name and Address 13. Type of Report and Period Covered Minnesota Local Road Research Board  Minnesota Department of Transportation  Research Services & Library  395 John Ireland Boulevard, MS 330  St. Paul, Minnesota  55155‐1899  Manual: September 2015 – June 2017  14. Sponsoring Agency Code 15. Supplementary Notes http://mndot.gov/research/reports/2017/201717G.pdf, http://mndot.gov/research/reports/2017/201717.pdf  16. Abstract (Limit: 250 words) This user guide provides simple, cost‐effective methods for stabilizing locally maintained slopes along roadways in  Minnesota. Eight slope stabilization techniques are presented that local government engineers can undertake  using locally available materials and equipment. These methods are the result of a research effort that analyzed  recent slope failures in Minnesota. The recommendations are based on input from Minnesota county engineers;  case studies from site investigations within the state; and slope stability analysis, including limit equilibrium  methods. This guide is based on information provided in Slope Stabilization and Repair Solutions for Local  Government Engineers, which presents the results of a Minnesota Local Road Research Board research project on  slope stabilization methods. Detailed information about the research project along with complete descriptions of  the field sites is available in the report. Local government engineers are encouraged to reference the report  when using this guide.  17. Document Analysis/Descriptors 18. Availability Statement Slope stability, slope failure, rotational failure, creep, erosion,  cohesive soil, granular soil, groundwater, geotechnical  engineering  No restrictions. Document available from:  National Technical Information Services,  Alexandria, Virginia 22312   19. Security Class (this report) 20. Security Class (this page)  21. No. of Pages 22. Price Unclassified  Unclassified  18   3  Two soil types were considered in this study: cohesive (such as silt and clay) and granular (sand) soils.  These soil types can usually be distinguished by a visual inspection, but sometimes laboratory testing is  required. In general, slopes made of granular or sandy soil are less likely to experience deep rotational  slides. Slopes made of cohesive soils like clay and silt usually have more drainage concerns and are more  susceptible to seasonal frost heave.   The third major site condition that affects a slope is poor drainage. Drainage is considered poor if  groundwater lowers soil shear strength and leads to failure. Water negatively affects soil’s ability to  resist shearing, leading to slope instability. An increase in soil’s pore pressure (due to the presence of  water) leads to a decrease in effective stress. Because effective stress governs soil strength and  deformation characteristics, the presence of water leads to decreased soil shear strength. Groundwater  has a significant effect on shear strength. In the research study, removing groundwater provided the  greatest difference in the output factor of safety.         4  SLOPE FAILURE SCENARIOS  Eight possible scenarios have been developed for slope failure in Minnesota. These scenarios are based  on a combination of the three site characteristics: slope failure type, soil type and presence of  groundwater. The scenarios and their corresponding site conditions are presented in Table 3.1.     Summary of slope failure scenarios    Failure Type  Soil Type  Groundwater Concerns?  Scenario 1  Rotational Slide  Cohesive  Yes  Scenario 2  Rotational Slide  Cohesive  No  Scenario 3  Rotational Slide  Granular  Yes  Scenario 4  Rotational Slide  Granular  No  Scenario 5  Surficial Creep  Cohesive  Yes  Scenario 6  Surficial Creep  Cohesive  No  Scenario 7  Surficial Creep  Granular  Yes  Scenario 8  Surficial Creep  Granular  No    The flowchart below illustrates the process for selecting the appropriate scenario. By choosing the site  conditions that most closely match the slope failure, users can quickly determine the stabilization  method needed to repair the failed slope.       5    Flowchart for slope failure scenarios    To use the flowchart to determine the appropriate scenario, users:   First, determine the failure type (rotational or creep).   Next, choose the soil type of the slope material (cohesive or granular).   Finally, determine whether groundwater is present at the site. (Note: “Poor drainage” is  interchangeable with “groundwater concerns.”)  Descriptions about each of the scenarios, including site conditions and recommended repair techniques  to stabilize the slope, are provided in this guide.     8  SCENARIO 2: ROTATIONAL FAILURE, COHESIVE SOIL      Scenario 2: Olmsted County, Minnesota, site    Site Conditions   Rotational failure   Cohesive soil   No groundwater concerns    Recommended Stabilization Approach:  Remove and replace, or regrade and recompact. Add vegetative cover.    Rotational failure is visible at these sites. Many factors other than the effects of groundwater can cause  soil to lose strength, such as poor compaction. Regrading and recompacting the slope properly will  increase soil strength and slope stability. Evaluate the in situ soil properties and either reuse the  material or use common borrow if native material has poor properties.    9  SCENARIO 3: ROTATIONAL FAILURE, GRANULAR SOIL, POOR  DRAINAGE      Rotational failure in sand, similar to Scenario 3    Soil Conditions   Rotational failure   Granular soil   Groundwater concerns    Recommended Stabilization Approach:  Remove and replace, or regrade and recompact. Add drainage features and adequate surface cover.     As with other rotational failures, excavation and reconstruction is necessary. Surface cover is very  important for slopes with granular soil because erosion is a concern. Surface erosion can cause  geometric inconsistencies that lead to failure. Erosion can often cause washout failure. Regrade or, if  necessary, replace with sand fill. Add drainage features to remove groundwater in the slope.      10  SCENARIO  4:  ROTATIONAL FAILURE, GRANULAR SOIL      Scenario 4: Lac Qui Parle County, Minnesota, site   Site Conditions   Rotational failure   Granular soil   No groundwater concerns    Recommended Stabilization Approach:  Regrade and recompact. Add vegetative cover or more involved surface cover.    Because groundwater is not the primary reason for failure, identify and mitigate the main cause of the  soil losing strength. If erosion is evident, consider using a more involved cover, such as riprap or gravel.  If slope steepness is a concern, regrade and compact with in situ material. Also, consider using adequate  groundcover to protect the slope from erosion damage.       13  SCENARIO 7: CREEP FAILURE, GRANULAR SOIL, POOR  DRAINAGE      Scenario 7: Carver County, Minnesota, site    Soil Conditions   Creep failure   Granular soil   Groundwater concerns    Recommended Stabilization Approach:  Remove and replace, or regrade and recompact. Add drainage features and adequate surface cover.    Bent guardrails are evidence of soil creep, which typically causes pavement damage. Proper drainage  can remove groundwater from the area, increasing resistance to soil creep. Install drainage features,  and replace failed soil with properly compacted fill or recompact in situ material. Use adequate  groundcover to prevent erosion in slopes with sand.      14  SCENARIO 8: CREEP FAILURE, GRANULAR SOIL      Soil creep in sand, similar to Scenario 8    Soil Conditions   Creep failure   Granular soil   No groundwater concerns    Recommended Stabilization Approach:  Remove and replace, or regrade and recompact. Add adequate surface cover.    Erosion is a concern with granular soils. Surficial damage caused by erosion is not always soil creep, but  the movement type and stabilization methods are similar. Surface washout can undermine roadways  and cause pavement damage. Ensure adequate groundcover on slopes with granular fill. Repair damage  at the top of a slope by regrading.      15  RECOMMENDED RESOURCES   The resources listed below provide more information about the stabilization methods presented in this  guide. Users are encouraged to consult these resources before selecting a stabilization method.    Drainage Features  Cornforth, D. (2005). “Dewatering Systems,” chapter 17 in Landslides in Practice: Investigations,  Analysis, and Remedial/Preventative Options in Soils. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons.   Dewatering   Coduto, D., Yeung, M., Kitch, W. (2011). “Rate of Consolidation,” chapter 11 in Geotechnical  Engineering: Principles and Practices (2nd ed.). Upper Saddle River, N.J.: Pearson Education, Inc.   Vegetative Cover  Abramson, L. W., Lee, T., Sharma, S., Boyce, G. (2002). “Slope Stabilization Methods,” chapter 7 in  Slope Stability and Stabilization Methods (2nd ed.). New York: Wiley.  Buttressing/Riprap Cover  Abramson, L. W., Lee, T., Sharma, S., Boyce, G. (2002). “Slope Stabilization Methods,” chapter 7 in  Slope Stability and Stabilization Methods (2nd ed.). New York: Wiley.  Geosynthetics  Gee, B. (2015). Geosynthetic materials help build optimized infrastructure. Geostrata, 19(2), 50.   Lightweight Fill  Abramson, L. W., Lee, T., Sharma, S., Boyce, G. (2002). “Slope Stabilization Methods,” chapter 7 in  Slope Stability and Stabilization Methods (2nd ed.). New York: Wiley.  Remove and Replace  Duncan, J. M., Wright, S. (2005). “Slope Stabilization and Repair,” chapter 16 in Soil Strength and  Slope Stability. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons.   Regrading and Benching  Cornforth, D. (2005). “Earthworks,” chapter 15 in Landslides in Practice: Investigations, Analysis,  and Remedial/Preventative Options in Soils. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons.   Retaining Walls  Cornforth, D. (2005). “Retaining Walls,” chapter 19 in Landslides in Practice: Investigations,  Analysis, and Remedial/Preventative Options in Soils. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons.