Sprickprocesser i kristallint berg

Bergspjälkning och rock bursts är ett problem när bergspänningarna ökar vid större djup. Bergmaterialets kornstruktur inklusive mikrosprickor avgör materialets styrka. Genom att kvantifiera materialets mikrostruktur och mekaniska egenskaper genom experiment där sprickbildningen studeras i detalj kan man få viktig kunskap för utveckling av förbättrade beräkningsmodeller som kan simulera korrekta brottförlopp.

Bergspjälkning och rock bursts (smällberg) är kända fenomen sedan lång tid tillbaka. Till exempel inom gruvindustrin orsakar det ett säkerhetsproblem vid gruvdriften och vid förvaring av kärnbränsle i berggrunden på större djup är sprickbildning oönskad då det kan ge nya vägar för migration av skadliga ämnen.

Forskning kring detta område började redan på 1960-talet med en succesiv utveckling av experiment. I detta projekt studeras sprickprocesser med hjälp av nya typer av experiment och mätmetoder som ger möjlighet att studera sprickinitiering och propagering på ett detaljerat sätt. Projektet är en fortsättning på redan pågående forskning kring brottmekanik och sprickprocesser i kristallint berg. Experiment har genomförts där två typer av provkroppar har utformats som ger sprickbildning liknande den som inträffar vid spjälkning och rock bursts. Resultaten från dessa experiment som innehåller töjningsmätningar, optiska deformationsmätningar med hjälp av kameror och digital image correlation (DIC) samt mätningar av akustisk emission (AE). Petrografiska analyser kommer att genomförs där materialen och den inducerade sprickbildningen kvantifieras. Beräkningssimuleringar även att genomföras. En samanalys av alla resultat kommer att göras för att slutligen tolka hur sprickbildningen har skett från initiering till propagering.

Nytta för omvärlden

Genom detta projekt kommer grundläggande resultat tas fram kring sprickprocesser och brottmekanik som är generella och användbara för flera branscher såsom infrastrukturanläggningar, gruvindustri, förvaring av kärnbränsle, lagring av CO2, lagring eller utvinning av geotermisk energi.

En ökad kunskap om sprickprocesser ger förutsättningar för utveckling av förbättrade beräkningsmodeller som ger noggrannare prediktioner. Det kan t. ex. leda till ett ökat utnyttjande av bergmaterialet i svåra passager, behov av mindre förstärkningar eller andra åtgärder som behöver göras vid en oönskad sprickbildning. Det kan ge tids-, kostnads- och miljövinster i byggprojekt.

Projektorganisation

Projektet leds av Lars Jacobsson på RISE och genomförs i med huvudsakligt finansiellt bidrag från BeFo samt bidrag och egeninsatser från SKB, Boliden, LKAB och Chalmers.

I detta projekt kommer Björn Schouenborg och kollegor på RISE kommer göra petrografiska analyser i Borås. Huvudhandledare är Rasmus Rempling på Chalmers. Referensgruppen består av Diego Mas Ivars, Christer Andersson, Mahdi Saadati, Tristan Jones, Daniel Sandström och Patrik Vidstrand.

Lars Jacobsson är forskare vid RISE och genomför sista delen i ett doktorandprojekt i och med detta projekt. Han har lång erfarenhet av både uppdrag och forskning relaterade till geomaterials mekaniska egenskaper. Forskningsintresset har varit riktat mot samspelet mellan bergmaterialens mikrostruktur och dess mekaniska egenskaper, mekaniska egenskaper hos bergssprickor och tidigare även nedbrytning av järnvägsballast.

Lars är teknikområdesansvarig för bergmekanik hos RISE sedan drygt 20 år tillbaka och leder verksamheten i det bergmekaniska laboratoriet i Borås. Han är också RISE representant i BeFos forskningsråd, medlem i ISRM Commission for Testing Methods sedan 2019 och innan dess medlem i ISRM Spalling Commission.