Tietopankki

Työraportti 2016-52

Takaisin

Nimi:

Parametrisation of Fractures – PUSH Test Execution and Back-Analysis

Raportin kirjoittaja:

Valli, J., Hakala, M., Suikkanen, J., Mattila, J., Heine, J., Simelius, C.

Kieli:

Englanti

Sivumäärä:

62

Tiivistelmä:

Työssä on kuvattu vakionormaalijäykkyysolosuhteissa (constant normal stiffness, CNS) suoritettu in situ rakoleikkauskoe, joka toteutettiin Posiva Oy:n ONKALO tutkimus­tilassa 437 m syvyydellä. Tarkoituksena oli mitata rakopinnan in situ leikkausvastusta alhaisella normaalikuormalla suuren leikkaussiirtymän aikana. Koegeometrian tuli olla yksinkertainen, helposti instrumentoitava ja mallinnettava. Tavoitteena oli saada tietoa raon käyttäytymisestä in situ olosuhteissa sekä hankkia kokemuksia tähän soveltuvasta koejärjestelystä.

Testiin soveltuvia lohkoja syntyy, kun luonnollinen kalliorako leikkaa tunnelin seinän pienellä kulmalla. Testikohteessa etelä-/pohjoissuuntainen, pystykaateinen hauraan murtuman vyöhykkeeseen ONK-BFZ300 liittyvä Riedel-rako, leikkaa ONKALOn pysäköintihallin.

Työssä on kuvattu yksityiskohtaisesti testauksen vaiheet ja mittaustulosten analysointi. Kokeen aikana raon kalliotilan puoleisen lohkon leikkaussiirtymää ja kiertymää seurattiin LVDT-antureilla, normaalivoimaa voima-antureilla ja leikkausvoimaa painelähettimellä. Alustavasti raon mekaaniset ominaisuudet arvioitiin Q-kallio­laatuluokituksen parametrien sekä raon karheutta kuvaavan JRC-luvun perusteella. Lopulliset rakoparametriarvot määritettiin iteratiivisilla kalliomekaanisilla simu­loinneilla, jotka tehtiin kolme­dimensionaalisella epäjatkuvan materian numeerisella menetelmällä 3DEC.

Simulointimallien realistisuutta tarkennettiin vaiheittain, jotta mallinnetun rako­geometrian vaikutus tulokseen olisi selvempi ja että mahdolliset numeeriset ongelmat pystyttiin hallitsemaan paremmin. Rakopinnasta tehtiin kolme mallia; tasomainen sekä karkeasti kolmioidut, vain toisen rakopuolen mukaiset täysin yhteensopivat ja molempien puolien mukaiset epäyhteensopivat pinnat. Mallien ja parametrien toimi­vuutta arvioitiin vertaamalla mitattuja raon leikkaus- ja normaalijännityksiä simulointimalleilla saatuihin vastaaviin arvoihin. Epäyhteensopivat pinnat antoivat parhaan tuloksen kitkakulman alkuarvolla 47° ja jäännösarvolla 40°. Simulointi aliarvioi 2 - 5 mm leikkaussiirtymällä havaittua ensimmäistä huippua, joka toden­näköisesti liittyy työnnetyn lohkon reunasta kokeen alkuvaiheessa lohjenneisiin osiin, joita ei mallinnettu. Keskeisimpiä tuloksia oli, että leikkausvastus kasvoi yli 30% ensimmäisestä huipustaan, kun leikkausta jatkettiin 34 mm saakka. Jälkianalyysin mukaiset kitkakulmat olivat myös noin 10° suurempia kuin pienillä rakonäytteillä laboratoriokokeissa saatavat arvot. Edellä esitetyn perusteella yleisesti käytetty mittakaavaolettamus, jossa leikkausvastus(jännitys) pienenee rakopinnan kasvaessa, ei välttämättä pidä paikkaansa tutkitulle loppusijoituspaikan raolle.

Koejärjestelyn osalta havaittiin, että 1) kiertymisen estämiseksi leikkauskoetta tulee ohjata leikkaussiirtymällä. 2) normaalivoiman tarkentamiseksi lohkon normaali­jännityksen antavat pultit tulee juottaa kallioon sementillä ja pulttien taipuman ehkäisemiseksi normaalivoima pitää välittää leikattavaan lohkoon I-palkin ja laakeroinnin välityksellä. 3) lohkon raon normaalin suuntaista siirtymää (dilataatio) tulee mitata useassa pisteessä. 4) koejärjestelyn normaalivoiman kesto pitää suunnitella niin suureksi, että leikkauskokeen olosuhteet saadaan vastaamaan 450 m syvyydellä vallitsevaa vakionormaalijäykkyyttä.

Avainsanat:

ONKALO, rako, in situ, leikkauskoe, jäykkyys, numeerinen, jälkianalyysi.

Tiedosto(t):

Parametrisation of Fractures – PUSH Test Execution and Back-Analysis (pdf) (14.2 MB)


Takaisin


Jaa artikkeli: