Details

Deformation and failure of hard rock under laboratory and field conditions

by Pérez, Kelvis

Abstract (Summary)
Förståelsen av brottmekanismerna och brottsprocesserna i berg är mycket viktig vid utformning och dimensionering av t ex orter, schakt, brytningsrum, tunnlar och bergrum. Brottsprocessen är en nödvändig del av drivnings- och fragmenteringsprocessen men skador på den blivande bergkonstruktionen bör minimeras för att inte bärförmågan ska reduceras och stabiliteten riskeras. Denna licentiatavhandling fokuserar på hårda bergmassor och förhållanden typiska för Fennoscandia. Detta arbete startade med en litteraturstudie och en studie av verkliga fall där deformationsmätningar genomförts. Hållfasthetsdata från två laboratoriestudier studerades därefter. Den sista delen av avhandlingsarbetet omfattade numeriska analyser med programmet Phase2 med utvärdering töjningstillståndet kring två olika underjordsöppningar. Litteraturstudien visade att brottsprocessen i berg omfattar bildandet av nya sprickor och propagering av existerande sprickor. Fem stadier kan identifieras under brottsprocessen: slutning av existerande sprickor, linjär elastisk deformation, sprickinitiering, spricktillväxt och efterbrottsbeteende. Den vanligaste orsaken till stabilitetsproblem i underjordskonstruktioner är strukturstyrda utfall och spänningsinducerade utfall. Bergets responskurva (Ground Reaction Curve, GRC) kan användas för att beskriva utvecklingen av deformationen som funktion av förstärkningstrycket/stödtrycket (inre övertryck), för en given insituspänning. Bergmassans respons som funktion av avståndet från tunnelgaveln kan studeras med denna metod. Brottkriterierna rapporterade i litteraturen är huvudsakligen formulerade i termer av spänningar och inkluderar även olika typer av hållfasthetsparametrar (kohesion, friktionsvinkel, enaxiell tryckhållfasthet etc.). Endast ett fåtal kriterier är baserade på töjningar. Eftersom makroskopiska brottytor karakteriseras av töjningskoncentrationer bör kriterier som förutsäger utfall uttryckas i termer av töjningar. Ytterligare studier är dock nödvändiga för att kunna föreslå ett utfallskriterium. De fyra underjordsfallen som karakteriseras av hårt berg och förhållanden typiska för Fennoscandia är Mine-by Experiment, en instrumenterad ort i Kiirunavaaragruvan, Arlandabanan och pelarstabilitetsexperimentet i Äspö. Dessa fall ger en mycket god information om bergmassans egenskaper, geologin, spänningstillståndet och bergets deformationer. I några av fallen skedde brott. Detta gör det möjligt att studera deformationerna under brott. En utvärdering av laboratorietester på hårda bergarter utförda av Luleå Tekniska Universitet respektive Posiva Oy utfördes. Testerna utfördes på bergarter av typen kalksten, kvartsit, diorit, norit, gabbro, diabas, syenitporfyr, glimmerskiffer, gnejs och ett antal graniter. I dessa tester utvärderades de olika deformations- och brottstadierna (sprickslutning, sprickinitiering och starten på instabil spricktillväxt (eng. crack damage)). Utvärderingen av laboratorietesterna visade att de töjningsnivåer som definierade de olika deformations- och brottstadierna varierade mellan bergarterna. Faktorer som kornstorlek och mineralinnehåll visade sig ha stor betydelse. Därför måste bergarterna studeras individuellt. Brott (d v s, skjuvband eller makroskopiska brottytor som definierar en utfallsvolym) i ett verkligt fall och ett fiktivt fall studerades med hjälp av Phase2. Studierna av minsta och största huvudtöjningarna samt maximala skjuvtöjningen som funktion av avståndet från bergöppningens rand visade att absolutbeloppen av töjningsstorheterna har lokala maxima där där analysen indikerar en brottyta. Jämförelser mellan den beräknade minsta huvudtöjningen och den laterala töjningen (minsta töjningen) från laboratorietesterna visade att töjningarna i modellerna var av samma storlek som de kritiska töjningsvärden som representerar begynnande instabil spricktillväxt.
Bibliographical Information:

Advisor:

School:Luleå tekniska universitet

School Location:Sweden

Source Type:Master's Thesis

Keywords:

ISBN:978-91-86233-61-7

Date of Publication:01/01/2009

© 2009 OpenThesis.org. All Rights Reserved.