National Transport Library Research Database

BeFo - Ett nytt halvanalytiskt verktyg för spänningstolkning baserad på utfall från borrhål (borehole breakouts) (BeFo - A novel semi-analytical tool for stress interpretation using borehole breakouts)

  • Tengborg, Per
  • Stiftelsen Bergteknisk Forskning (BeFo), Stiftelse, 802017-3145
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2018-08-01 -- 2020-12-20 Registration number:
  • Trafikverket 2018/64215
Subject(s): Online resources: Abstract: Borrhål och andra hålrum med cirkulära tvärsnitt är relevanta för en mängd olika tillämpningar såsom konstruktion av tunnlar, geotermisk energiproduktion, olje- och gasproduktion, kärnavfallshantering och spänningsmätning, antingen med metoder som hydraulisk spräckning eller genom tolkning av bergutfall från borrhål. Bergutfall är viktigt vid samtliga av de ovanstående tillämpningarna, dels för att det kan påverka borrhåls- eller tunnelstabilitet men också som ett verktyg för tolkning av spänningstillståndet. Att numeriskt simulera detta är utmanande eftersom problemet är kopplat till förlust av numerisk stabilitet för duktila bergmaterial och förlust av kontinuitet för spröda material. Det första av de två fallen ovan kan, om man önskar modellera materialets beteende, hanteras med hjälp av avancerade kontinuumformuleringar. Det andra fallet är mer utmanande och inga kontinuum-baserade lösningar finns för närvarande tillgängliga. Föreliggande projekt föreslår en halvanalytisk metod både för prediktion av bergutfall i sprött berg och för bedömning av de primära in situ-spänningarna. Projektet är indelat i tre steg. I det första kommer ett verktyg att utvecklas för att förutse form och storlek för utfallet för givna primärspänningar och materialparametrar. Korrektheten kommer att verifieras genom jämförelse med analytiska lösningar. I det andra steget, med användning av den metod som utvecklats i det första steget, kommer ett verktyg att utvecklas för skattning av primära in situ-spänningar för givna geometrier (för bergutfallet) och för givna materialegenskaper. Slutligen valideras tillämpligheten och effektiviteten hos båda verktygen mot data från litteratur- och fältförsök. Syftet är att tillhandahålla ett enkelt, snabbt och lättanvänt verktyg för bedömning av borrhåls- och tunnelstabilitet och för skattning av in situ-spänning i sprött berg.Abstract: Boreholes and other cavities of a circular cross-section are relevant to a wide variety of applications, such as tunneling, geothermal energy production, oil and gas production, nuclear waste disposal and stress measurement, either with the method of hydrofracturing or through the interpretation of borehole breakouts. Breakouts are of importance in all above applications, both as a threat to borehole or tunnel stability and as a tool for the primary stress state interpretation. The necessary simulations are challenging from a numerical point of view, as the problem is linked to loss of numerical stability for ductile rock and loss of continuity for brittle rock. The first case can be tackled using advanced continuum formulations, such as micropolar of nonlocal models, to model the material behavior. The second is more challenging and no continuum based solutions are currently available. The present project suggests a semi-analytical method for both the prediction of breakouts in brittle rock and their use to assess the primary in situ stress. The project is subdivided into three steps. In the first, a tool will be developed for the prediction of the form and size of the breakouts for given primary stresses and material parameters. The correctness will be verified by means of comparison to analytical solutions. In the second step, using also the method developed in the first step, a tool will be developed for the estimation of the primary in situ stress for given geometries of the borehole breakouts and given material properties. Finally, the applicability and efficiency of both resulting tools will be validated against data from the literature and field experiments. The aim is to provide a simple, fast and easy to use tool for the assessment of borehole and tunnel stability and for the estimation of the in situ stress in brittle rock.
Item type: