Tietopankki

Työraportti 2016-49

Takaisin

Nimi:

ONKALO POSE Experiment - Analysis of Rock Mechanics Test Data

Raportin kirjoittaja:

Valli, J., Hakala, M.

Kieli:

Englanti

Sivumäärä:

132

Tiivistelmä:

Posivan ONKALO tutkimusperässä TKU3 suoritetun POSE in situ lujuuskokeen takaisinlaskenta edellyttää suuren määrän kalliomekaanisia laboratoriokokeita. Näytteet valittiin pääosin koereikien ONK-EH1, ONK-EH2 ja ONK-EH3 läheisyydessä olevista muihin tarkoituksiin kairatuista lyhyistä tutkimuskairarei’istä edustamaan pääkivilajeja, kivilajikontakteja ja rakoja. Ehjän kiven testejä olivat yksiaksiaalinen puristuslujuuskoe (UCS), moniaksiaalinen puristuskoe, suora- ja epäsuora vetokoe sekä kolmipistetaivutus- ja leikkausmurtositkeyskokeet. Lisäksi määritettiin tiheys ja huokoisuus. Ehjän kiven lujuus- ja muodonmuutosanisotropiaa selvitettiin puristus- ja vetokoenäytteillä, jotka oli työstetty kattamaan suuntautuneisuuskulmat 0 - 90 astetta. Kokeet teetettiin ISRM standardien mukaisesti Suomen, Ruotsin, Saksan ja Kanadan teknisissä tutkimus­laitoksissa. Moniaksiaalikokeissa näyte kuormitettiin POSE kokeita vastaavalla kuormituspolulla. 3D-visualisoinnin perusteella näytteiden sijainti ei vaikuttanut tuloksiin lukuun ottamatta testireiän ONK-EH3 alapuolella ollutta pientä geo­fysikaalisissa mittauksissa havaittua poikkeamaa.

Polyaksiaalipuristuskokeiden tulokset kuutionäytteillä osoittivat, että keskimmäisellä pääjännityskomponentilla σ2 on merkitys pegmatiittisen graniitin (PGR) huippulujuuteen. Lujuus kasvoi yli 85% yksiaksiaalilujuuteen nähden kun σ2 oli 20 MPa ja pienin pääjännitys σ3 1 MPa. Lisäksi akustisen emission mittaukset osoittivat PGR:n olevan altis mikrorakoilulle ja dynaamisen aallonnopeuden tulokset antoivat myös viitteitä viskoelastisesta käyttäytymisestä tarkastelluilla σ2 arvoilla. Vastaavassa kuormituksessa suonigneissin (VGN) huippulujuus kasvoi 25 – 30 %, mikä vastaa aiempaa käsitystä tukipaineen vaikutuksesta huippulujuuteen.

Edellä kuvattua havaintoa lukuun ottamatta ehjän kiven ominaisuudet olivat pitkälti yhteneviä aiempien tulosten kanssa (Posiva 2011). Suonigneissin liuskeisuuden aiheuttama muodonmuutosanisotropia E/E’=1.2 oli hieman aiempaa tulosta 1.4 alhaisempi. Huippulujuuden keskiarvo oli liuskeisuuden kulmasta riippuen 4 – 19 % alhaisempi kuin aiemmin määritetty. Kahden 120 mm PGR näytteen huippulujuuden keskiarvo oli 28 % alhaisempi kuin aiemmin 51 mm näytteistä määritetty keskiarvo, mutta pienimpien näytteiden keskiarvo oli 6% aiempaa korkeampi. Epäsuorat vetolujuustulokset olivat 8 % pienemmät kuin aikaisemmat keskiarvot, kun taas suorien vetolujuuskokeiden tulokset asettuivat aikaisempiin vaihteluväleihin. Raon murtumis­sitkeystulokset eivät poikenneet edellisistä määrityksistä, lukuun ottamatta PGR:n Mode II Punch-through-shear tuloksia, jotka olivat 40 % aikaisempia korkeammat.

Raon leikkauslujuustulokset tulkittiin takaisinlaskennoissa käytettävän jatkuvasti myötäävän rakomallin parametreiksi käyttäen apuna tähän kehitettyä tietokoneohjelmaa, lisäksi määritettiin perinteisten rakoparametrien vaihteluvälit.

Kallion in situ lujuusparametrit määritettiin kolmelle lujuusmallille, joista kaksi on ns. koheesio-pehmenevä-kitka-lujittuva hauraan materian mallia ja yksi perinteinen koheesio-pehmenevä-kitka-pehmenevä muunnettu Hoek & Brown kriteeri rakoilleelle kalliomassalle, missä jäännöslujuutta estimoidaan muunnetulla kalliomassan laatuluvulla (GSIr). Myötöparametrien riippuvuus plastisesta leikkausmuodonmuutoksesta estimoitiin laboratoriokokeiden takaisinsovituksella sekä osin kirjallisuuteen perustuen. Lisäksi PGR:n lujuutta kasvatettiin vastaamaan paremmin polyaksiaalitestien tuloksia.

Avainsanat:

Kivi, rako, lujuus, parametri, analyysi, laboratorio, koe.

Tiedosto(t):

ONKALO POSE Experiment - Analysis of Rock Mechanics Test Data (pdf) (32.2 MB)


Takaisin


Jaa artikkeli: