5 Slutsatser och Rekommendationer
Det mekaniska beteende som leder till vertikala deformationer av sulan hos en bergkonstruktion är komplext. Storleken av den vertikala deformationen i sin tur beror på många olika faktorer bland annat bergmassans sammansättning, bergkonstruktionens utformning och de initiala bergspänningarna
Baserat på genomförd studie kan följande slutsatser dras:
Vilka mekaniska beteenden kan orsaka vertikala deformationer av bergkonstruktionens sula?
• Elastiska analyser visar att bergrummets sula utsätts för elastiska vertikala uppåtgående deformationer där de största vertikala deformationen uppträder i mitten av sulans yta för samtliga elastiska fall. • Plastiska analyser visar att om bergmassan går till brott ökar de vertikala deformationerna på ytan av
sulan.
• Analyser visar på att under sulan av en bergkonstruktion bildas en zon som är influerad av vertikala deformationer där bergmassan utsätts för deformationsdifferenser vilket visar på att bergmassan utsätts för töjningar. De vertikala deformationerna och deformationsdifferensen är som störst nära sulan och avtar med djupet.
• Analys av det plastiska och elastiska modellerna visar att om berget går till brott initieras det i en avlastad zon nära området där sulan ansluter väggen.
Bidrar brott i berget till att de vertikala deformationerna vid sulan blir större?
• Om berget går till brott ger det upphov till tre saker, (i) en ökning av vertikala deformationer vid sulan, (ii) det bildas en plasticerad zon i bergmassan under sulan, (iii) Deformationsavtagningen under sulan sker endast inom den plasticerade zonen där deformationsdifferensen är mycket stor och på randen av den plasticerade zonen utsätts bergmassan för elastiska negativa (nedåtgående) vertikala deformationer.
Påverkar bredden av bergkonstruktionen de vertikala deformationerna av en bergkonstruktions sula?
• En ökning av spännvidden ger upphov till tre saker, (i) De elastiska vertikala deformationerna över sulan ökar linjärt med spännvidden, (ii) en större influerad zon av elastiska deformationer under sulan som avtar långsammare med djupet, (iii) Om brott inträffar blir utsträckningen av den plasticerade bergmassan under sulan mindre i relation till spännvidden
• En minskning av spännvidden ger upphov till tre saker, (i) De elastiska vertikala deformationerna över sulan minskar linjärt med spännvidden, (ii) en mindre influerad zon av elastiska deformationer under sulan som avtar snabbare med djupet och ger upphov till negativa (nedåtgående) vertikala deformatio-ner efter ett visst avstånd ned i bergmassan (iii) Om brott inträffar blir utsträckningen av den plasticerade bergmassan under sulan större i relation till spännvidden
5 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER Examensarbete
Påverkar primärspänningssituationen i bergmassan de vertikala deformationerna av en bergkonstruktions sula?
• En ökning av horisontella spänningar σHger upphov till tre saker, (i) en minskning av elastiska ver-tikala deformationer vid sulan, (ii) en mindre influerad zon av elastiska verver-tikala deformation under sulan som avtar snabbare med djupet, (iii) risken för brott i sulan ökar.
• En ökning av vertikala spänningar σvger upphov till två saker, (i) större elastiska deformationer vid su-lan, (ii) en större influerad zon av elastiska vertikala deformationer under sulan som avtar långsammare med djupet.
• De elastiska deformationerna minskar linjärt med en större relation mellan σH σv = k
• Om brott inträffar medför en ökning av σHtill två saker, (i) större plastiska vertikala deformationer, (ii) Den plastiska zonen under sulan av bergkonstruktionen blir större
Påverkar bergmassans kvalitet de vertikala deformationerna av bergkonstruktions en sula?
• En minskning av bergmassans GSI-värde ger upphov till tre saker, (i) elastiska och plastiska vertikala deformationerna blir större vid sulan, där ökningen är exponentiell (ii) risken för brott i sulan ökar, (iii) den plastiska zonen under sulan blir större.
• Utsträckningen av den influerade zonen som utsätts för elastiska vertikala deformationer påverkas inte av GSI, men deformationsdifferensen i området är större för ett lägre GSI.
• En minskning av σciger upphov till två saker, (i) större plastiska vertikala deformationer över sulan, (ii) risken för brott i sulan ökar.
5 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER Examensarbete
Följande rekommendationer kan ges utifrån studien:
• Elastisk analys bör genomföras och undersöka den maximala vertikala deformationen och utsträckning-en av deformationutsträckning-en i bergmassan. Man bör därefter bedöma om de elastiska vertikala deformationerna utgör någon risk för bergkonstruktionen/projektet.
• Om den elastiska analysen indikerar på att det finns risk för att brott uppstår i den avlastade zonen nära sulans anslutning till väggen av bergkonstruktionen bör en mer plastisk analys genomföras. Därefter bör man göre en bedömning om de plastiska vertikala deformationerna utgör någon risk för bergkon-struktionen/projektet.
För vidare studier föreslås att följande delar undersöks:
• Undersökning av hur deformationsutvecklingen i en bergkonstruktions sula innan och efter tunnelfron-ten undersöks mer noggrant, eftersom det inte går att säga om deformationsutvecklingen i sulan följer samma mönster och princip som för taket och väggen av ett cirkulärt hålrum. Förslagsvis görs detta med 3D-modelleringen med varierade spänningsförhållanden och geometri.
• Undersökning av hur de vertikala deformationer i sulan influeras eller influerar diskontinuiteter i berg-massan.
• Undersökning av hur de vertikala deformationerna påverkar injekteringen i bergmassan och identifiera om de vertikala deformationerna bidrar till ett ökat grundvatteninläckage i sulan av en bergkonstruk-tion.
Referenser Examensarbete
Referenser
Amadei, B. & Stephansson, O. (1997). Rock stress and its measurement. Springer Science & Business Media.
Brown, E. & Hoek, E. (1980). Underground excavations in rock. CRC Press.
Brown, E. T. & Hoek, E. (1978). Trends in relationships between measured in-situ stresses and depth. I
International journal of rock mechanics and mining sciences & geomechanics abstracts(vol. 15, s. 211–215).
Cai, M., Kaiser, P., Tasaka, Y. & Minami, M. (2007). Determination of residual strength parameters of jointed rock masses using the gsi system. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 44(2), 247–265.
Chang, Y. (1990). A summary of the literature study on effects of the tunnel’s advancing face.
Edelbro, C. (2004). Evaluation of rock mass strength criteria (doktorsavhandling, Luleå University of Technology, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser). Hämtad från http://www.diva -portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A990018&dswid=-7913
Hellberg, J. (2020). Analys av deformationsutveckling under framdrift av tunnlar (examensuppsats, Luleå Tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser). Hämtad från http:// ltu.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A1387472&dswid=2732
Hidalgo, K. d. C. P. (2013). Deformation and failure of rock (doktorsavhandling, Luleå tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser). Hämtad från http://www.diva-portal.org/ smash/record.jsf?pid=diva2%3A990720&dswid=-6863
Hoek, E. & Brown, E. (2019). The hoek–brown failure criterion and gsi – 2018 edition. Journal of Rock
Me-chanics and Geotechnical Engineering, 11(3), 445 - 463. Hämtad från http://www.sciencedirect .com/science/article/pii/S1674775518303846 doi: https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.08 .001
Hoek, E. & Brown, E. T. (1997). Practical estimates of rock mass strength. International journal of rock
mechanics and mining sciences, 34(8), 1165–1186.
Hoek, E. & Diederichs, M. S. (2006). Empirical estimation of rock mass modulus. International journal of
rock mechanics and mining sciences, 43(2), 203–215.
Hoek, E. & Kaiser, P. (1995, 01). Support of underground excavation in hard rock.
Hu, Y. & Kempfert, H.-G. (1999). The buckling failure of tunnels induced by high horizontal stress in jointed rocks. I Numerical models in geomechanics: Numog vii (s. 347–351).
Johansson, F. (2006). Stabilitetsanalyser av stora konstruktioner grundlagda på berg: En inledande
littera-turstudie(forskningsrapport).
Lee, C., Wang, T., Sun, L. & Huang, T. (2013). Invert heaving in operational tunnels-problems and counter-measures. Proceedings of the WTC, Geneva, 770–777.
Referenser Examensarbete
countermeasures. Journal of Performance of Constructed Facilities, 30(3), 04015048.
Martin, C. D., Christiansson, R. & Söderhäll, J. (2001). Rock stability considerations for siting and
con-structing a kbs-3 repository. based on experiences from aespoe hrl, aecl’s url, tunnelling and mining
(forskningsrapport). Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co.
Müller-Salzburg, L. & Götz, H. (1975). Heaving of invert in tunnelling. Bulletin of the International
Asso-ciation of Engineering Geology-Bulletin de l’AssoAsso-ciation Internationale de Géologie de l’Ingénieur,
14(1), 51–53.
Nordlund, E. & Eitzenberger, A. (2019). Design of rock constructions. Luleå Tekniska Universitet. Nordlund, E., Rådberg, G. & Sjöberg, J. (1998). Bergmekanikens grunder (1.5 utgåvan). Luleå Tekniska
Universitet.
Palmström, A. (1996). The rock mass index (rmi) applied in rock mechanics and rock engineering.
Saiang, D., Gywnn, X. & Marshall, N. (2014). Hoek-brown vs. mohr-coulomb: Results from a three-dimensional open-pit/underground interaction model.
Seki, S., Kaise, S., Morisaki, Y., Azetaka, S. & Jiang, Y. (2008). Model experiments for examining heaving phenomenon in tunnels. Tunnelling and Underground Space Technology, 23(2), 128 - 138. Hämtad från http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0886779807000260 doi: https:// doi.org/10.1016/j.tust.2007.02.007
Stephansson, O. (1993). 17 - rock stress in the fennoscandian shield. I J. A. HUDSON (red.), Rock testing and
site characterization(s. 445 - 459). Oxford: Pergamon. Hämtad från http://www.sciencedirect .com/science/article/pii/B9780080420660500240 doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-08 -042066-0.50024-0
Töyrä, J. (2006). Behaviour and stability of shallow underground constructions (doktorsavhandling, Luleå Tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser). Hämtad från http:// www.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A991351&dswid=-2924
Trafikverket. (2019). Projektering av bergkonstruktioner. Trafikverket.
Vlachopoulos, N. & Diederichs, M. (2009, 04). Improved longitudinal displacement profiles for convergence confinement analysis of deep tunnel. Rock Mechanics and Rock Engineering, 42, 131-146. doi: 10 .1007/s00603-009-0176-4