Approaches for increased accuracy in laboratory direct shear testing
Tid: Fr 2025-04-04 kl 13.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/61533092846
Språk: Engelska
Ämnesområde: Byggvetenskap, Jord- och bergmekanik
Respondent: Jörgen Larsson , Jord- och bergmekanik
Opponent: Professor Leandro Alejano, University of Vigo, Pontevedra, Spanien
Handledare: Professor Fredrik Johansson, Jord- och bergmekanik; Adjunct professor Diego Mas Ivars, Jord- och bergmekanik; Adjunct professor Erland Johnson, RiSE, Sweden
QC 20250312
Abstract
Bergssprickor påverkar bergmassans stabilitet. Bergssprickors skjuvhållfasthet utgör därför en betydande faktor för vilka laster en berganläggning skall dimensioneras mot. Numeriska och teoretiska modeller används för att prediktera bergssprickors skjuvhållfasthet. Modellerna valideras mot data från laboratorietester. Processen att ta fram data från laboratorietester består av flera delar, vilka var och en innehåller olika typer av osäkerheter. Inga modeller är dock bättre än noggrannheten på resultaten de valideras mot. Med hjälp av data från ett omfattande experimentellt testprogram har därför ett antal tillvägagångssätt utvecklats, vilka syftar till att minska osäkerheterna inom olika delar av dataframtagningsprocessen.
Direkta skjuvtester utfördes på fyrtiosex bergprov av granit med både naturliga och artificiellt spänningsinducerade sprickor. Flera tester utfördes för varje parameterkombination, vilket möjliggjorde statistiska utvärderingar. Testerna utfördes i kontrollerad laboratoriemiljö under både konstant normalspänning och konstant normalstyvhet. Dessa tester utfördes under förhållanden som inte studerats tidigare genom kombinationen av spänningar motsvarande djup på flera hundra meter och en bred fördelning av sprickareor representerade av tre provkroppsstorlekar: 35 mm × 60 mm, 70 mm × 100 mm and 300 mm × 500 mm. Dessutom tillverkades femton repliker av höghållfast betong från en av granitsprickorna med storleken 70 mm × 100 mm för geometriska utvärderingar. Sex av dessa repliker genomgick direkta skjuvtester och deras skjuvmekaniska beteende utvärderades mot bergssprickans.
Två kvalitetssäkringsparametrar för replikers sprickgeometri har tagits fram, vilka tillsammans med en metod för framtagning av parametergränsvärden reducerar osäkerheten i parameterstudier. Ett tillvägagångssätt har utvecklats där den effektiva normalstyvheten först beräknas och därefter anges som styrparameter i tester under randvillkoret konstant normalstyvhet. Den effektiva normalstyvheten eliminerar i princip felet i pålagd normallast orsakad av testsystemets normalstyvhet. Förbättrad noggrannhet vid förskjutningsmätningar har uppnåtts genom tillämpning av optiska förskjutningsmätningar direkt över sprickprofiler. Direkta mätningar eliminerar felen i konventionella mätningar, vilka inkluderar oönskade, men oundvikliga, bidrag härrörande från glapp och deformationer i testsystemet. Tillvägagångssätt som möjliggör konsistent och fysikaliskt baserad framtagning av både skjuvhållfasthet och skjuvstyvhet har tagits fram. Variansanalys visar att skjuvhållfastheten för de testade bergproven inte påverkas av provstorleken, medan skjuvstyvheten gör det. Sammantaget skapas förbättrad noggrannhet i data från laboratorietester av bergssprickor, vilket utgör en grund för förbättrade modeller för att prediktera deras skjuvhållfasthet.