National Transport Library Research Database

BeFo 502 - Kopplad hydromekanisk modellanalys av bergspännings-, permeabilitets- och transmissivitetsförändringar under och efter tunnelutgrävningar i heterogena diskreta spricknätverk för kvantifiering av grundvattenläckage (BeFo 502 - Coupled hydro-mechanical model analysis of rock stress, permeability and transmissivity changes during and post tunnel excavation in heterogeneous discrete fracture networks for quantification of groundwater leakage)

Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2022-05-01 -- 2026-10-31 Registration number:
  • Trafikverket 2022/50654
Subject(s): Abstract: Inflöde till underjordsanläggningar belägna i kristallin berggrund sker vanligtvis genom sprickor och deformationszoner. I bergmassan, som vanligtvis har en låg permeabilitet, agerar sprickorna huvudvägar för grundvattenflöde, då dessa har en mycket större genomsläpplighet än den intakta och ospruckna bergmatrisen. På grund av förändringar i spänningsfältet runt ett berguttag kan deformationer uppstå. Dessa deformationer kan orsaka att nya sprickor bildas eller att existerande sprickors hydrauliska och mekaniska egenskaper förändras, vilket i sin tur kan leda till oväntade förändringar i flödesmönstret, såsom ökade inflöden och stor variation i den spatiala fördelningen av inläckagepunkter i tunnlar, schakt eller underjordsförvar. Av särskilt intresse är förändringar i spänningsfältet inom den störda zonen, dvs bergvolymen närmast berguttaget, kallad EDZ (Excavation Damaged Zone). Denna störda zon uppstår på grund av samspelet mellan spänningsfält, bergmassans (inklusive sprickornas) egenskaper och den geometrisk utformning av berguttaget, oavsett uttagsmetod. Detta projekt kommer att studera förändringar i spänningsfältet inom den störda zonen, orsakade av berguttag, och hur dessa förändringar påverkar sprickors öppnings- och permeabilitetsförändringar samt vilka effekter det har på grundvattenflöden i bergmassan. Specifikt ligger fokus på effekter som beror på spänningsförändringar, orsakade av berguttag i en sprucken bergmassa, med användning av numeriska diskreta spricknätverksmodeller (DFN, Discrete Fracture Network). Eftersom inflöden till underjordsanläggningar i allmänhet förekommer i mycket lokaliserade punkter eller längs med sprickspår är användandet av DFN-modeller nyckeln till beskrivningen av grundvattenflödet. Att förstå förändringarna i den lokala sprickskalan är därför nödvändigt för att kunna göra förutsägelser i den större systemskalan.Abstract: Inflows into subsurface excavations generally occur through systems of fractures and deformation zones. Although the host rock formations may have very low permeability, fractures are the main pathways for water flow, which have a much greater permeability than the intact and undisturbed rock matrix. Fractures can also form and their hydraulic and mechanical properties can change during excavation, caused by deformations due to alterations in the stress field surrounding the excavation zone. This can in turn lead to unexpected flow behavior, such as increased inflows with great variability in seepage locations along a structure such as a tunnel, shaft or repository. Of particular concern are changes in the stress field caused by the excavation within the excavation damaged zone and the excavation disturbed zone (EDZ), which inevitably occurs regardless of excavation method. This project will study changes in the stress field due to excavation, within the excavation damaged and excavation disturbed zones, and how these alterations impact fracture aperture and permeability changes with subsequent effects on hydrogeological flows. Specifically, the focus is on stress changes cause by underground construction in a fractured rock environment using discrete fracture network (DFN) modelling methods. The DFN aspect is key, because inflows generally occur in highly localized points or transects in subsurface structures, corresponding to the intersections of fractures with the construction. Understanding the changes at the scale of fractures is therefore necessary to be able to make predictions at the larger system scale.
Item type: