Till innehåll på sidan

Peak Shear Strength of Rock Joints – Towards a Methodology for Prediction Based on Field Data

Tid: On 2022-06-08 kl 13.00

Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm

Videolänk: https://kth-se.zoom.us/i/65221595411

Språk: Engelska

Ämnesområde: Byggvetenskap, Jord- och bergmekanik

Respondent: Francisco Ríos Bayona , Jord- och bergmekanik

Opponent: Dr. José Muralha, LNEC, Laboratória Nacional de Engenharia Civil

Handledare: Docent Fredrik Johansson, Jord- och bergmekanik; Adjungerad Professor Diego Mas Ivars, Jord- och bergmekanik; Professor Stefan Larsson, Jord- och bergmekanik

QC220510

Abstract

Bergssprickors skjuvhållfasthet i fältskala är en viktig parameter vid bergmekanisk dimensionering och en utmaning för ingenjörer i bergmekanik. Ett exempel på konstruktioner vars stabilitet kan vara beroende av denna parameter är betongdammar. I Sverige finns ett sort antal betongdammar grundlagda på berg, där bergmassan i flera fall genomkorsas av sub-horisontella sprickaplan. Inverkan från det horisontella vattentrycket i kombination med upptryck innebär att glidning längs de subhorisontella sprickplanen utgör en kritisk brottmekanism som måste beaktas när dammarnas säkerhet utvärderas. Trots olika försök under de senaste åren för att utveckla empiriska, analytiska, och numeriska metoder för att prediktera bergssprickors skjuvhållfasthet är osäkerheten i dessa metoder fortfarande stor. Ingen av de befintliga metoderna tar idag hänsyn till samtliga parametrar, och hur de samverkar, för att mobilisera en sprickas skjuvhållfasthet.

Det övergripande syftet med detta doktorandprojekt är att utveckla en metodik för bestämning av bergssprickors skjuvhållfasthet i fall där hela sprickytan inte är tillgänglig, såsom en bergspricka belägen under en befintlig betongdamm. För att uppnå detta har skjuvhållfastheten för bergsprickor studerats (1) numeriskt med diskret element modellering (DEM), (2) analytiskt genom att utveckla ett brottkriterium, och (3) experimentiellt genom att utföra direkta skjuvförsök där sprickytorna karaktäriserats med högupplöst optisk scanning.

Resultaten från den numeriska studien visade att den utvecklade skjuvmiljön i PFC2D som använts i detta projekt kan simulera skjuvhållfasthet för verkliga bergssprickor både kvalitativt och kvantitativt. Resultaten visar dock att en skjuvmiljö i 3D som realistiskt kan simulera samverkan mellan de olicka klackarna i kontakt under skjuvning är nödvandigt att utveckla i framtida projekt.

Resultaten från den analytiska studien visade att passningen för naturliga, ofyllda sprickor behöver beaktas för att prediktera dess hållfasthet. I denna studie har sprickans passning uppskattats baserad på mätningar av sprickvidden. Förhållande mellan sprickans passning och sprickvidd har integrerats i ett vidareutveckalt kriterium. De utförda arbetena i laboratorium med två större bergprover visade att deras skjuvhållfasthet kan predikteras med acceptabla resultat baserad på information från flera prov i mindre storlek, såsom borrkärnor. Borrkänorna i denna studie simulerades baserat på utförd skanning av sprickytorna. Den uppmätta sprickvidden och sprickråheten i 3D för varje simulerad borrkärna användes för att prediktera deras skjuvhållfasthet med det vidareutvecklade kriteriet. Varje enskild borrkärna tagen från det storskaliga provet betraktades som en oberoende komponent i ett paralellsystem. Skjuvhållfastheten för de två storskaliga proverna predikterades genom att beräkna medelvärdet för skjuvhållfastheten för de mindre simulerade borrkärnorna. Den främsta nyttan med denna metodik är att den kan utgöra en möjlig väg framåt för att prediktera skjuvhållfastheten för bergssprickor i fall där sprickytan inte är helt tillgänglig, såsom en subhorisontell spricka belägen under en betongdamm. Metodiken har än så länge enbart testats på två större provkroppar och ytterligare forskning är nödvändig för att säkerställa dess tillämpbarhet.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-311775