PREFACE
This work is part of a licentiate assignment at KTH and the BeFo report therefore consists of an English part that is the original Licentiate Kappa (without the journal papers, due to copyright) together with an Extended Swedish Abstract (to cope with the omitted journal papers).
Cement grouting during construction of rock facilities to primarily control water flow in rock fractures is an important, timely and relatively costly operation. By improving prediction, design and grouting operation a better grouting result will be achieved. And in the long run that is the purpose of this research.
This report describes research work performed to further understand the flow of yield stress fluids, flowing radially in planar fractures by using an experimental radial model. This type of flow constitutes the basis for today´s methodology for design of grouting in fractured rock.
At present there exists a controversy, in the grouting community, regarding the prevailing analytical solutions for two-dimensional radial flow of yield stress fluids. The controversy concerns the shape of the plug-flow region at the radial cross-section boundary, where the shear stress is below the yield stress. The question is if the plug is constant, or not, along the penetrated radial distance.
This project aims at verifying the shape of the plug flow region for yield stress fluids in a laboratory model using ultrasound to get a "picture" of the plug region during steady-state flow between Plexiglas plates.
The research presented in this report was mainly carried out at the Division of Soil and Rock Mechanics, at KTH Royal Institute of Technology. Most of the experimental work related to the radial flow model was performed at Incipientus AB, Gothenburg.
The work was carried out by Tafadzwa John Shamu who was supervised by Dr. Ulf Håkansson, Skanska Sweden AB and Dr. Lianchao Zou, KTH, with technical support from Dr. Johan Wiklund at Incipientus AB.
The input from the project reference group is also gratefully acknowledged. The following have participated in the reference group:
Patrik Vidstrand (SKB), Magnus Zetterlund (Norconsult AB), Emmelin Ann (Golder Assoc. AB), Christian Butron (Trafikverket), Liangchao Zou (KTH), Thomas Dalmalm (Trafikverket), Johan Wiklund (Incipientus AB), Mikael Creutz (Golder Assoc. AB), Tommy Ellison (BESAB AB), and Per Tengborg (BeFo).
The project was financed by Rock Engineering Research Foundation – BeFo and Skanska contributed with in-kind support.
FÖRORD
Detta arbete utgör en del av ett licentiat arbete på KTH och består av den engelska original Kappan (utan artiklar pga coyright) samt en utökad sammanfattning på svenska (för att kompensera för de utlämnade artiklarna).
Cementinjektering i samband med bergbyggnad för att i första hand kontrollera vattenstömning i bergssprickor är en viktigt och en tidkrävande och förhållandevis kostsam operation. Genom att förbättra prognostisering, design och utförande av injektering kan man få ett bättre slutresultat. Det är i förlängningen vad denna forskning syftar till.
Föreliggande rapport beskriver forskning som utförts för att ytterligare förstå radiell strömning av vätskor med flytgräns i plana sprickor med hjälp av en laboratoriemodell. Denna typ av strömning utgör basen i dagens metodik för uppskattning och projektering av injektering i sprickigt berg.
Inom dagens injekteringsforskning råder det delade meningar beträffande de analystiska lösningar som finns för två-dimensionell radiell strömning för vätskor med flytgräns. Meningsskiljaktigheterna handlar om Bingham-pluggens utseende i det område av flödet där skjuvspänningen är lägre än flytgränsen. Frågeställningen är om pluggen är konstant, eller inte, utmed vätskans inträngningslängd vid en given tidpunkt.
Detta projekt har som målsättning att verifiera pluggens utseende för vätskor med flytgräns, i laboratoriemiljö med hjälp av ultraljud, vid stationärt två-dimensionellt flöde mellan två cirkulära plexiglasskivor.
Forskningen som presenteras i denna rapport har främst utförts på Avdelningen för Jord- och Bergmekanik på KTH och det experimentella arbetet har gjorts hos Incipientus AB, Göteborg.
Arbetet har utförts av Tafadzwa John Shamu och handletts av Dr. Ulf Håkansson, Skanska Sverige AB och Dr. Liangchao Zou, KTH, med teknisk assistans från Dr. Johan Wiklund, Incipientus AB.
Projektets referensgrupp har bistått projektet med råd och bestod av Patrik Vidstrand (SKB), Magnus Zetterlund (Norconsult AB), Emmelin Ann (Golder Assoc. AB), Christian Butron (Trafikverket), Liangchao Zou (KTH), Thomas Dalmalm (Trafikverket), Johan Wiklund (Incipientus AB), Mikael Creutz (Golder Assoc. AB), Tommy Ellison (BESAB AB) och Per Tengborg (BeFo).
Projektet finansierades av Stiftelsen Bergteknisk Forskning – BeFo och Skanska bidrog med stöd genom in-kind.
Stockholm, 2020
Per Tengborg