Rock grouting design: Rheological aspects and radial flow visualizations with ultrasound
Tid: To 2021-12-02 kl 15.00
Språk: Engelska
Ämnesområde: Byggvetenskap, Jord- och bergmekanik
Respondent: John Shamu , Jord- och bergmekanik, Division of Soil and Rock Mechanics
Opponent: Associate Professor Chadi El Mohtar, The University of Texas at Austin
Handledare: Professor Stefan Larsson, Jord- och bergmekanik; Dr. Ulf Håkansson, Skanska Sweden AB; Dr. Liangchao Zou, Resurser, energi och infrastruktur
Abstract
Cementbaserade injekteringsmedels reologiska egenskaper har en stor påver-kan på strömning och inträngningslängd i sprickigt berg. Medlens reologi ärkomplex, inklusive tixotropi, men strömningen och inträngningen beskrivsändå oftast med den enkla linjära Bingham modellen i injekteringssam-manhang. De två parametrarna från denna modell, flytgräns och viskositet,används sedan inom injekteringsprojektering, för t.ex. tunnlar och dam-mar, för att bedöma inträngningen. Eftersom cementbaserade medel ärtixoptropa suspensioner försvåras utvärderingen vid mätning med konventio-nella rotationsviskometrar på grund av glidning vid fasta begränsningsytor,sedimentation/separation av partiklarna och instabila flöden vid låga defor-mationshastigheter. En systematisk mätprocedur för att studera ovanståendeproblem med rotationsviskometer och koncentriska cylindrar samt olika van-liga vattencementtal, har utförts inom ramen för detta doktorandarbete.Av särskilt intresse har varit att studera effekten av olika geometrier ochtidsintervallet mellan mätningarna, inklusive den instabila delen av flödes-kurvan då deformationshastigheten är lägre än ett kritiskt värde. Dennadel av kurvan har i litteraturen beskrivits som karakteristisk för tixotropasuspensioner, som t.ex. cementbaserade injekteringsmedel. Praktiskt kanovanstående kunskap användas för att förbättra mätningen av de reologiskaegenskaperna. Existensen av en kritisk deformationshastighet under vilkendet inte finns något stabilt flöde, i kombination med glidning vid fasta be-gränsningsytor, diskuteras särskilt med hänsyn till dess påverkan på faktiskinträngning i släta och råa bergsprickor.
Ett annat fokus i doktorandarbetet har varit att studera icke-Newtonskamodellvätskors (Carbopol) radiella strömning mellan parallella plattor. Den-na typ av strömningsgeometri används ofta som en idealiserad konfigurationför strömning i bergsprickor. I jämförelse med andra enklare geometrier,finns endast en begränsad forskning utförd för denna geometri både då detgäller analytiska och numeriska beräkningar men framförallt då det gällerexperiment. Som ett första steg inför en mer systematisk undersökning avicke-Newtonsk radiella strömning presenteras i detta arbete framtagandetav en fysisk laboratoriemodell där hastighetsprofilerna mellan plattorna förförsta gången visualiserats med hjälp av ultraljud. De utförda mätningar-na med tre olika öppningar mellan plattorna sam tre olika värden på detkonstanta flödet, visar på en distinkt plugg som är ett resultat av vätskansflytgräns samt glidning i gränsskiktet mellan vätskan och plattornas fastabegränsningsytor. En jämförelse mellan uppmätta hastighetsprofiler ochanalytiskt beräknade diskuteras där resultaten överensstämmer relativt väl,med beaktande av de långtgående förenklade antaganden som krävs för de analytiska beräkningarna. Fortsatta studier kommer att fokuseras på attförbättra laboratoriemodellen för en mer detaljerad studie av icke-Newtonskavätskors strömning och hur pluggen utvecklas under den radiella inträng-ningen, vilket fortsättningsvis är av betydelse för projektering av injekteringi bergsprickor.