Summary
The presented report is a summary of the laboratory investigation conducted in collaboration between RISE CBI Betonginstitutet and Division of Soil and Rock Mechanics, KTH Royal Institute of Technology during 2017-2018 with the aim to improve the grout spread in rock fractures using dynamic grouting technique. The dynamic grouting, which has been developed to improve the spread of grout in rock fractures, has been studied in both the lab and the field since 1985. The focus of all the previous investigations was however on application of high-frequency oscillating pressure to reduce the grout apparent viscosity. This was achieved by destructing the grout internal structure and reconstructing to a lower viscosity suspension. Even though some improvements were reported in the corresponding literature, the major remaining issue was yet quick dissipation of the oscillations along the fractures and consequently inadequate spread of grout.
Recent investigation performed by the authors, presented in BeFo-Report-149, illustrated a significant improvement (up to 11 times) in the total volume of grout passed through the apertures smaller than 70 µm in a short slot by applying low-frequency rectangular pressure impulses compared to the static pressure. In this study, the mechanism of improvement of the grout spread was interpreted as successive erosion of the produced filter cakes due to the variation in flow pattern at the constrictions caused by the pressure change in consecutive cycles. However, since the laboratory experiments conducted in this study were carried out using a short slot, the dissipation length of the applied pressure impulses along a longer fracture was yet questionable.
The present study first aimed to investigate the dissipation of the dynamic pressure impulses along a much longer artificial fracture, so-called varying aperture long slot (VALS). The investigation was conducted by applying two selections of the peak/rest periods in two steps. In each step, the extent of the improvement of the grout spread was examined in different pressure conditions.
Even though the project was a limited study based only on the laboratory experiments, the results obtained in terms of both the extent of improvement of the grout spread and the extent of dissipation along a fracture were promising showing the potential of the method. Finally, the study suggests further development of the method to full scale field tests, to demonstrate the capacity of the new technique to the stakeholders in industry.
Sammanfattning
Den presenterade rapporten är en sammanfattning av laboratorieundersökningen genomförd på KTH, Avdelningen för jord- och bergmekanik i samarbete med RISE CBI Betonginstitutet under perioden 2017–2018, med syfte att förbättra injekteringen av bergmassa med dynamisk injekteringsteknik. Den dynamiska injekteringen har studerats både i laboratoriet och i fält sedan 1985. Fokusen på alla tidigare undersökningar var emellertid tillämpningen av högfrekvent oscillerande tryck för att minska viskositeten genom att påverka brukets inre struktur. Trots att vissa förbättringar rapporterades i litteraturarten är den stora frågan om en snabb dämpning av vibrationerna längs sprickor och följaktligen otillräcklig spridning av bruk var kvar.
En nyligen genomförd undersökning av författarna, som presenterades i BeFo-Report-149, illustrerade en signifikant förbättring (upp till 11 gånger) mätt i den totala volymen av det passerade bruket. Bruket provades med öppningarna mindre än 70 µm i en kort spalt där man tillämpade lågfrekventa rektangulära tryckimpulser och statisk tryck. I denna studie tolkades förbättringsmekanismen som erosion av partiellbyggda filterkakor som orsakades av varierande flödeskaraktär i konsekutiva cykler. Eftersom laboratorieexperimenten i denna studie utfördes med en kort spalt var emellertid dämpning för de applicerade tryckimpulserna längs en längre spricka ifrågasatt.
Den föreliggande studien syftar till att undersöka dämpningen av de dynamiska tryckimpulserna längs en mycket längre artificiell spricka med varierade spaltvidder (VALS). Detta provades genom att man tillämpade två olika tryckformer av topp/viloperioder och i två steg. I varje steg undersöktes även förbättringen av brukets inträngningsförmåga under olika tryckförhållanden. Den huvudsakliga skillnaden mellan de två stegen var tryckkälla.
Trots att projektet var en begränsad studie, baserad endast på laboratorieexperimenten, visade det en förbättring både med avseende på brukets inträngningsförmåga som graden av tryckdämpningen längst en spricka. Metoden är lovande och har potential. Slutligen föreslår studien en vidareutveckling av metoden till fullskaliga fälttester för att påvisa kapaciteten hos den nya tekniken för intressenterna inom industrin.