National Transport Library Research Database

BeFo 535 - Utveckling av konstitutiv modell för bergsprickor under konstant normalstyvhet (BeFo 535 - Development of constitutive model for rock joints under constant normal stiffness (CNS conditions))

Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2024-11-13 -- 2028-12-31 Registration number:
  • Trafikverket 2024/116113
Subject(s): Abstract: I hårt kristallint berg är kunskap om bergssprickors skjuvhållfasthet avgörande för att kunna prediktera bergmassans beteende och dimensionera bergförstärkning med acceptabel säkerhet. Två olika belastningssituationer existerar som är avgörande för bergssprickors skjuvhållfasthet under skjuvning: konstant normalbelastning (CNL) och konstant normalstyvhet (CNS). Konstant normalbelastning råder när överliggande belastning är konstant såsom vid skjuvning av en spricka vid glidning i en bergsslänt. Konstant normalstyvhet råder när skjuvning av en spricka sker i en bergmassa omkring en tunnel eller ett bergrum, där berget styvhet motverkar dilatation (utvidgning) av sprickan. Merparten av all den provning som utförts på bergssprickors skjuvhållfasthet, och de brottkriterier som tagits fram under åren, har utförts under CNL förhållanden. Endast ett begränsat antal provningar har genomförts på bergsprickor under CNS förhållanden och endast ett fåtal konstitutiva modeller har utvecklats. Begränsningarna i de utvecklade CNS modellerna är flera. Det finns således ett behov av att undersöka hur väl befintliga konstitutiva modeller för konstanta styvhetsförhållanden kan prediktera bergsprickors skjuvhållfasthet, samt att utveckla konstitutiva modeller som kan beakta hur råhet, sprickapertur, sprickytans hållfasthet och normalspänning samverkar under dessa förhållanden. Det övergripande syftet med projektet är att förbättra möjligheterna att prediktera skjuvhållfastheten för bergsprickor i kristallint, hårt berg under konstanta styvhetsförhållanden (CNS). Projektet är avsett att genomföras som en licentiatetapp i ett doktorandprojekt. Att kunna beskriva det mekaniska beteendet för en bergspricka under CNS-förhållanden har dock inte bara betydelse för att kunna prediktera skjuvhållfastheten. Den är också avgörande i flera olika typer av kopplade processer där sprickans förändring i apertur påverkar flöde av till exempel grundvatten, hur olika typer av föroreningar sprids i en bergmassa, eller hur inträngning av injekteringsbruk påverkas av förändringar i tryck och belastning.Abstract: In hard crystalline rock, knowledge of the shear strength of rock joints is crucial to be able to predict the behaviour of the rock mass and design rock support with acceptable safety. Two different loading conditions exist that are crucial for the shear strength of rock joints during shear: constant normal load (CNL) and constant normal stiffness (CNS). Constant normal load condition prevails when the load is constant, such as shearing a rock joint in a rock slope. Constant normal stiffness condition prevails when shearing a rock joint in a rock mass around a tunnel or a rock cavern, where the stiffness of the rock mass counteracts dilation of the joint. Most of the tests performed on the shear strength of rock joints, and the failure criteria developed over the years, have been performed under CNL conditions. Only a limited number of tests have been performed on rock joints under CNS conditions and only a few constitutive models have been developed. There is a need to investigate how well existing constitutive models for constant stiffness conditions can predict the shear strength of a rock joint in hard crystalline rock, and to develop a constitutive model that can consider how roughness, joint aperture, strength of the joint surface and normal stress interact under these conditions. The overall aim of the project is to improve the prediction of the shear strength of rock joints in hard crystalline rock under CNS conditions. Being able to describe the mechanical behaviour of a rock joint under CNS conditions is not only important for predicting the shear strength. It is also crucial in several different types of coupled processes where the change in aperture affects the flow of, for example, groundwater, how different types of contaminants are spread in a rock mass, or how the penetration of grout is affected by changes in pressure.
Item type: