A statikai tervezés és a biztonsági értékelés adatigényének kielégítése fejlett geotechnikai, kőzetmechanikai mérési módszerek alkalmazásával Kovács László, Kőmérő Kft., Pécs
[email protected]
„Új utak a földtudományban”, 2012/3. előadássorozat MGE–MFGI – MBFH közös rendezvény, Budapest, 2012. április 18.
Amiről ma beszélni szeretnék... A hazai kőzetmechanika helyzete nemzetközi összehasonlításban; A Bátaapáti NRHT kapcsán megoldandó kőzetmechanikai feladatok; Fejlett 3D optikai vágatszkenner alkalmazása a geotechnikai minősítés folyamatában; Primer kőzetfeszültség-mérések, illetve feszültségváltozás-mérések módszerei; A Longitudinális Deformációs Profil meghatározása ún. elhaladásos extenzométeres szelvényekkel; Új típusú, egyetlen mintán végezhető tönkremeneteli határgörbe-meghatározás (MFS, vagy Kovári-módszer).
1
A Bátaapáti radioaktívhulladék-tároló előkészítése kapcsán vizsgálandó legfontosabb paraméterek/folyamatok/jelenségek • A geotechnikai jellemzők térbeli változékonysága (empirikus geotechnikai minősítő módszerek folyamatos és következetes alkalmazásával); • A primer és a szekunder feszültségtér elemei (beleértve a feszültségfüggő hidro-mechanikai jelenségeket és folyamatokat); • A tranziens és a hosszú távú deformációs folyamatok; • Az ép kőzetmátrix valamint a különböző kitöltőanyagok szilárdsági és deformabilitási tulajdonságai (laboratóriumi tesztek és/vagy numerikus visszaszámítások révén); • Az agyagos törészónák mechanikai tulajdonságai (a geotechnikai problémák megelőzése mellett azért, hogy megvédhessük az agyagos övek, mint a földtani gát legfontosabb szigetelő elemeinek integritását); • Az EDZ és az Edz kiterjedése, eloszlása illetve az abban végbemenő kapcsolt (THMC) folyamatok; • Reológiai viselkedés, a hosszú távú nyitva tartás kapcsán fellépő folyamatok monitorozása.
In situ vizsgálati program Bátaapátiban • Inklinométerek – csak a portálok rézsűiben (BiN-1,...,-4; BiK-1,...,-4) • Radiális elrendezésű extenzométeres szelvények – 4 vagy 6 extenzométerrel (Ext-1, ...., Ext-5, Ext-8, Ext-10) • “Elhaladásos” extenzométeres szelvények – 3 vagy 4 extenzométerrel (Ext-6, Ext-7, Ext-9) • Nagy felbontású (±0,02 mm) mechanikai konvergenciamérő szelvények (KON-1, ...,-14) • Automatikus, háromszöges elrendezésű deformációs monitoring eszközök (DEF-1,...,-28) • Primer kőzetfeszültség-mérések a) 2D-s Doorstopper-módszerrel (Bm-1,-2,-3; Bkf-1,-2,-3;-5) b) 3D CSIRO HI-cellás módszerrel (Bkf-1,-2,-3,-5) • Vágathajtás okozta feszültségváltozás mérése 2x6 db CSIRO HI-cellás rendszerekkel (Bkc-1,...-6; Bkc-7,...,-12) • Load Cell horgonyerőmérő rendszerek (LC-1;-8) • Lőttbeton-ellenőrző mérőhely (LB) • Nagyléptékű deformációs (Plate Jacking) teszt (PJ-1,...,-3)
2
A fogások geotechnikai minősítése optikai vágatszkenner és 3D-s modellalkotás alkalmazásával (JointMetriX3D és ShapeMetriX3D)
JointMetriX3D
A sztereografikus képalkotás alapelve
ShapeMetriX3D
Egy frissen jövesztett vájvég torzításmentes leképezése és az ehhez használt kameraállások
Osztott (bal és jobb) kalott
A tárolókamrák egyes jövesztési fázisaiban készített, georeferált 3D-s modellek a geotechnikailag kiemelt jelentőségű törésekkel
Egységes kalott
Talpszelet
3
Teljes vágatszakaszok térbeli felépítése az egyedi fogásokból
A módszer további felhasználási lehetőségei Bátaapátiban (saját fejlesztésű célszoftverekkel) Vájvég repedezettségi mérőszámának (RQD) Felületprofilok és repedésfelületek nyírószilárdságának meghatározása 3D-s SMX modellből automatikus, objektív meghatározása
Miért kell foglalkozni a primer kőzetfeszültséggel?
Múlt Szerkezeti földtan
Jövő
A jelenleg észlelhető kőzetstruktúrát Természetes eredetű kockázatok létrehozó természeti folyamatok értékelése (földrengésértelmezhetősége (paleoveszélyeztetettség, vulkáni feszültségterek) tevékenység, talajmozgások, stb.)
PRIMER KŐZETFESZÜLTSÉG
Kőzetmechanika, mérnöki tervezés
A korábbi mérnöki gyakorlat (sikerek és kudarcok) értékelése
Az üregképzés hatására adandó kőzetválaszok előrejelzése, a megvalósíthatóság vizsgálata
Az elméleti megközelítések és a tényleges mérési adatok között akár több 100%-os eltérések is lehetnek!!!
4
A mag-túlfúrásos módszerek leggyakoribb változata, a 2D-s ún. Doorstopper módszer (első sikeres hazai alkalmazása: 2002-ben, Bátaapátiban) A Doorstopper-cella
M - kőzetmag D - Doorstopper cella A - adatgyűjtő egység
A jelenleg elérhető legkorszerűbb kőzetfeszültség-mérés 3D-s CSIRO HI-cellás mag-körülfúrásos módszerrel (a teljes feszültségtenzor meghatározása egy mérésből)
5
Mindez így néz ki a gyakorlatban...
Vágathajtás hatására bekövetkező feszültségváltozás mérése CSIRO HI-cellákkal A HGM-kamrában és az I-K2 tárolókamrában telepített rendszerekkel
A Bkc-10 jelű HI cellával érzékelt feszültségváltozások alakulása a cella és az I-K2 kalott aktuális távolságának függvényében
6
A kőzetköpenyben fellépő tranziens deformációs folyamatok (Longitudinális Deformációs Profil - LDP) A vágathajtás során fellépő deformációk eloszlása – LDP (Hoek 2000 nyomán)
Pontos mérésük lehetővé teszi: • Az alkalmazott biztosítószerkezetekkel együttdolgozó kőzetek reális viselkedésének leírását, megértését; • A korai tervezési fázisokban a numerikus modellezés kiinduló és validáló adatainak biztosítását. • Megfelelő numerikus visszaszámítási módszerekkel a repedésszilárdsági paraméterek, a nagy léptékű deformabilitás és a primer feszültségállapot meghatározását; • A felskálázást (upscaling); • A kivitelezés fázisában a modellek előrejelzéseinek ellenőrzését, a modellek finomítását; • A kivitelezés megfelelőségének (az üreg stabilitásának) ellenőrzését.
Fúrólyuk-extenzométerek telepítése „Elhaladásos” elrendezés
„Sugaras” elrendezés
7
Radiális elmozdulások meghatározására telepített elhaladásos fúrólyuk-extenzométer eredményei
Az eredmények felhasználása a beépített biztosítószerkezet hatásainak elemzésére és azok optimalizálására
8
Egymintás (Kovári-féle, vagy Multiple Failure State MFS típusú) tönkremeneteli határgörbe-meghatározás
CT-felvételek: KEDOI és TOMOGEO Kft.
A Kovári-mérések eredményeinek értékelése a Hoek-Brown és a Mohr-Coulomb tönkremeneteli kritériumok szerint (RocData v4.0)
9
Köszönöm a figyelmet! JÓ SZERENCSÉT!
10
