Side 2

Helle Foged Christensen

Project director, Geo

• Inddeling i lag – geologiske beskrivelsesmetoder - vælg den rigtige til formålet

• Udtagning af prøver – intakte og sprækkede

• Styrkeprofil fra pointload og UCS forsøg

• Stivhedsparametre – hvordan bestiller man det rigtige forsøg ?

• ”Forbelastning” af kalk

• Opskalering ? - Fullcore (fuldkerne) triaxial forsøg

• Akustiske målinger i kalk – Emass, eksempel vsp-logging

• Opsummering

Kalk og kridt – geotekniske parametre

Side 3

Definition:

Kalk (eller kalksten) = alle bjergarter domineret af mineralet Calcit (CaCO3)

Engelsk: Limestone

Kridt = finkornet, afsmittende og blød – og fra sen-kridt perioden

Engelsk: Chalk

Hvordan er det lige med kalk og kridt ?

Side 4

Very weak to weak, low to medium density,

white CHALK, closed or clean, closely spaced

(low to medium density, CIRIA A3/A4)

32.00 - 32.80 m: very closely to closely spaced

32.30 m: 2mm marl seams

32.40 - 32.75 m: rich in burrows

32.75 - 32.80 m: dark grey flint layer

33.10 - 33.60 m: burrows

33.40 m: 30mm marl seams

Hvad vi modtager fra geologerne – og hvad vi ønsker

Side 5

Kalk type A

Kalk type B

Kalk type C

• Hærdningsgrads skala (H1 til H5)

• CIRIA – hårdhed, sprækkemønstre og sprækkeafstand

• GSI – Geological strength index

• Mfl.

Beskrivelsesmetoder – fordele og ulemper

Side 6

Metode Fordele Ulemper

H1-H5 Simpel, kan plottes Overflademåling, ej sprækker

Korrelation til styrke/stivhed

CIRIA Til tunnel design

Sprækker medtaget

Ikke velegnet til plot

Ikke klar korrelation til styrke/stivhed

GSI Simpel, kan plottes

Sprækker medtaget

Duer ikke til bløde kalktyper H1-H2

Korrelation til styrke/stivhed

• H1 = kan opfattes som silt, testes som jord (CAU)

• CIRIA Dm kalk (”grus og tandpasta kalk”) = domineret af grus korn, kan opfattes som grus

• H2 og derover = fjeld, testes med fjeldforsøg

Pragmatisk inddeling af kalk/kridt, eksempler

Side 7

• Rene H1 prøver (uden grus) er sjældne og opfører sig som silt

• CIRIA = grade Dm ”tandpasta og grus”

• Kalkslam langs prøven (virker pænere på kernefoto end de er)

• Kan ofte IKKE tildannes til mindre diameter (udboring)

Udtagning af prøver – H1/Dm

Side 8

• Forsøgsprogram – nok materiale ?

• Prøvelængde ? – udkerning til mindre diameter

• Mix af hårdheder

Udtagning af prøver – H2-H5

Side 9

Eksempel – parametre som beskriver et kalk profil

Side 10

• Trykstyrke (simpel enakset)

• Stivhed (E-modul)

• Poisson’s forhold

• Porøsitet/Hårdhed/rumvægt

Samt:

• Trækstyrke

• Trykstyrke (som funkt. af spænding)

• Forskydningsstyrke

• Cykliske egenskaber

• Point load kræver bare et håndstykke (repræsentativ !) >= H2, billigt indeks forsøg

• UCS forsøg (en-akset trykforsøg) kræver 10 cm intakt materiale – svært at finde

• Brug 5-10 Point load målinger per trykforsøg

• HUSK ! At bestille rumvægt til point load målingerne

Den simple måde - Brug af Point load til styrkeprofil

Side 11

Trykstyrke = Is(50) x N

Hvor N findes fra UCS trykforsøg

Resultat af Point load forsøg - eksempel

Side 12

Husk rumvægt !

Resultat af UCS forsøg - eksempel

Side 13

Plot UCS og find N

Styrkeprofil – eksempel udfra PL og UCS

Side 14

Brug N til at lave styrkeprofil med PL

per boring

Stivhedsparametre – hvordan bestilles de ?

Side 15

1. Trykstyrke

ej stivhedsparametre2. Trykstyrke og E-modul 3. Trykstyrke og E-modul

Poisson’s forhold

(rumvægt, vandindhold, hårdhed inkluderet i alle tre forsøg)

Stivhed som funktion af rumvægt og hårdhed

Side 16

• H1 – som for jord

• Dm kalk – som for grus

• H2 og højere – styret af kornskelettet

Styret af diagenese, opløsning, udfældning

= ej nødvendigvis spændingshistorie

Pore collapse = sammenbrud af kornskelet

”Forbelastning” af kalk

Side 17

Forbelastning af kalk – design af forsøg

Side 18

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 5 10 15 20

Str

ain

[%

]

Axial stress [MPa]

Lukning af mikro sprækker

= eliminer prøveforstyrrelse

Valg af ”forbelastning” ??

• In-situ spænding

• Isbelastning 1200-2400 kPa

Bør være > prøveforstyrrelse

Opskalering ??

Side 19

??

H1-H5 uden sprækker

Metoder til opskalering ?

Side 20

1. Sammensæt styrke og stivhed med ”rocklab” programmet

2. Lab forsøg på sprækket materiale

3. Kombiner med feltmålinger (VSP, Facelog, SPT, CPT mm)

eller kombiner 1, 2 og 3 ??

21

Fuldkerne forsøg – 10 cm diameter, højde 20 cm

• Kræver kun endeskæring

• Kan håndtere stærkt opsprækkede prøver

• Boringsinducerede sprækker ?

22

Friktionsvinkel og kohæsion ?

Kræver 2 ”ens” prøver !

23

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

-500 500 1500 2500 3500 4500 5500

Verti

cal

str

ain

e(%

)

s'1 - s'3 (kPa)

Eller:

Multipelt brudforsøg

Friktionsvinkel og kohæsion ?

24

Eksempel: Akustiske målinger til opskalering via VSP logs

Lab forsøg kan kombineres med vs og vp måling

Parametre fra lab forsøg:

• Trykstyrke

• E-modul (mekanisk målt)

• Poisson’s forhold

• Vp (trykbølge hastighed)

• Vs (skærebølgehastighed)

E-modul (akustisk)

Poisson’s forhold (akustisk)

G-modul (akustisk)

25

Design af UCS forsøg til opskalering :

Forbedring af korrelation mellem lyd og mekanik:

• Sammenlign med lokale (SG) målinger

• Sammenlign på genbelastningsgren

Husk: lydmålinger er ”small scale” = små tøjninger

26

Forhold mellem mekanisk og akustisk målt stivhed Stivhedsprofil fra VSP log

Emass

• Geologiske beskrivelsesmetoder er ofte ikke specielt hjælpsomme geoteknisk set

• H1-H5 dækker spændet fra ”jord” til ”fjeld” – brug pragmatisk opdeling

• Rumvægt (porøsitet) ofte en nøgleparameter

• Udfordrende at komme fra lab til in-situ styrker og stivheder

• Lydhastighedsmålinger giver muligheder for at bestemme Emass kombineret med VSP

27

Konklusioner

Side 28

Side 29