Side 2
Helle Foged Christensen
Project director, Geo
Side 3
Kalk og kridt – geotekniske parametre
• 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
Side 4
Hvordan er det lige med kalk og kridt ?
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
Side 5
Hvad vi modtager fra geologerne – og hvad vi ønsker
Very weak to weak, low to medium density,
white CHALK, closed or clean, closely spaced
(low to medium density, CIRIA A3/A4)
Kalk type A
32.00 - 32.80 m: very closely to closely spaced
32.30 m: 2mm marl seams
Kalk type B
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
Kalk type C
Side 6
Beskrivelsesmetoder – fordele og ulemper
• Hærdningsgrads skala (H1 til H5)
• CIRIA – hårdhed, sprækkemønstre og sprækkeafstand
• GSI – Geological strength index
• Mfl.
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
Side 7
Pragmatisk inddeling af kalk/kridt, eksempler
• 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
Side 8
Udtagning af prøver – H1/Dm
• 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)
Side 9
Udtagning af prøver – H2-H5
• Forsøgsprogram – nok materiale ?
• Prøvelængde ? – udkerning til mindre diameter
• Mix af hårdheder
Side 10
Eksempel – parametre som beskriver et kalk profil
•
•
•
•
Trykstyrke (simpel enakset)
Stivhed (E-modul)
Poisson’s forhold
Porøsitet/Hårdhed/rumvægt
Samt:
•
•
•
•
Trækstyrke
Trykstyrke (som funkt. af spænding)
Forskydningsstyrke
Cykliske egenskaber
Side 11
Den simple måde - Brug af Point load til styrkeprofil
Trykstyrke = Is(50) x N
Hvor N findes fra UCS trykforsøg
• 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
Side 12
Resultat af Point load forsøg - eksempel
Husk rumvægt !
Side 13
Resultat af UCS forsøg - eksempel
Plot UCS og find N
Side 14
Styrkeprofil – eksempel udfra PL og UCS
Brug N til at lave styrkeprofil med PL
per boring
Side 15
Stivhedsparametre – hvordan bestilles de ?
1. Trykstyrke
ej stivhedsparametre
2. Trykstyrke og E-modul
(rumvægt, vandindhold, hårdhed inkluderet i alle tre forsøg)
3. Trykstyrke og E-modul
Poisson’s forhold
Side 16
Stivhed som funktion af rumvægt og hårdhed
Side 17
”Forbelastning” af kalk
• 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
Side 18
Forbelastning af kalk – design af forsøg
Axial stress [MPa]
0
5
10
15
20
Valg af ”forbelastning” ??
0
0,1
Strain [%]
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Lukning af mikro sprækker
= eliminer prøveforstyrrelse
• In-situ spænding
• Isbelastning 1200-2400 kPa
Bør være > prøveforstyrrelse
Side 19
Opskalering ??
??
H1-H5 uden sprækker
Side 20
Metoder til opskalering ?
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
Friktionsvinkel og kohæsion ?
s'1 - s'3 (kPa)
-500
0,0
500
1500
2500
3500
4500
5500
Eller:
Vertical strain e (%)
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Multipelt brudforsøg
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 :
Husk: lydmålinger er ”small scale” = små tøjninger
Forbedring af korrelation mellem lyd og mekanik:
• Sammenlign med lokale (SG) målinger
• Sammenlign på genbelastningsgren
26
Forhold mellem mekanisk og akustisk målt stivhed
Stivhedsprofil fra VSP log
Emass
27
Konklusioner
• 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
Side 28
Side 29