Structural Uncertainties of Rock Fractures and their Effect on Flow and Tracer Transport

Tid: To 2019-11-07 kl 10.00

Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm (English)

Ämnesområde: Mark- och vattenteknik

Respondent: Martin Stigsson , Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik

Opponent: Professor Ki-Bok Min, Seoul National University, South Korea

Handledare: Professor Vladimir Cvetkovic, Resurser, energi och infrastruktur

Abstract

Att förstå flöde och transport av lösta ämnen genom sprickorna i berggrunden är viktigt för den långsiktiga säkerheten av ett geologiskt slutförvar av farligt avfall. I en diskret spricknätverksmodell byggs flödesvägarna upp av kedjor av flödesvägar genom de enskilda sprickorna i bergmassan. Varje sådan flödesväg genom varje spricka bidrar således till bergmassans totala flödes- och transportegenskaper. Därmed är kunskap om flödes- och transportegenskaper för de enskilda sprickorna viktiga för att kunna utföra en säkerhetsanalys av ett geologiskt slutförvar av farligt avfall.Hålrummet som utgör en spricka beror av de begränsande ytornas råhet tillsammans med den normalspänning som verkar på sprickan. Därmed är uppskattningen av hålrummet beroende av noggranna mätningar av sprickans orientering i förhållande till omgivande spänningsfält samt råheten på begränsningsytorna. Eftersom alla mätningar är behäftade med osäkerheter, såsom osäkerheter i verktyg, yttre störningar och mänskliga faktorer, kommer de tolkade egenskaperna inte att beskrivas av enskilda deterministiska värden utan av sannolikhetsfördelningar. Beroende på kombinationen av använda värden från dessa fördelningar kommer flödes- och transportegenskaperna för sprickorna att variera.Syftet med denna avhandling är därför att presentera en metod att beskriva det geometriska ramverket för sprickor i kristallint berg, inklusive osäkerheter, samt att undersöka hur dessa kan påverka tolkningen av flödes- och transportegenskaper för grundvatten och lösta ämnen. Genom att beräkna sprickornas orientering och osäkerhet från sprickornas skärning med borrhål, kan ett utfallsrum för orienteringsosäkerheten beräknas. Denna osäkerhet i orientering kommer således, under antagande av ett fixt spänningstillstånd, att resultera i en fördelning av normalspänningar som kan verka på sprickan och därmed hur hoptryckt sprickan är. Råheten på sprickytorna och dess osäkerheter kan beräknas från den sprickyta som uppstår då sprickan korsar borrkärnan, givet tillräcklig upplösning på ytan samt att ytan är representativ för hela sprickan. Denna beräknade råhet påverkar korrelationsstrukturen av hålrummet mellan de två ytorna som definierar sprickan. Således kommer median och varians för tjockleken samt dess korrelationsstruktur påverkas av vilken parameterkombination som dras från utfallsrummen för normalspänning och råhet. Detta medför att flödes- och transportegenskaperna är beroende av osäkerheterna i det geometriska ramverket, dvs osäkerheterna påverkar flödesvägar, flödestider, transportmotstånd och flödesvätt yta. Typiskt kommer en högre normalspänning som verkar på sprickan att resultera i längre flödestider, längre flödesvägar, högre flödesmotstånd och större flödesvätt yta medan en råare sprickyta typiskt kommer att resultera i kortare flödestider, längre flödesvägar, lägre flödesmotstånd och mindre flödesvätt yta. Slutsatsen av arbetet är således att osäkerheterna i att bestämma det geometriska ramverket påverkar resultatet för sprickornas tolkade flödes- och transportegenskaper.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-260388