En bergslänts stabilitet styrs av berggrundens egenskaper, så som sprickegenskaper och bergkvalité. För att uppnå önskad stabilitet i en bergslänt behöver de bergmekaniska parametrarna kartläggas och analyseras för att fastställa risker och stabilitetsåtgärder. Syftet med studien är att utvärdera kvalitén på bergteknisk data från digitalfotogrammetriska 3D-modeller genom att jämföra resultatet med manuella mätningar från konventionell kartläggning. Målet är även att utforska potentialen för användning av fotogrammetrisk 3D-modellering vid stabilitetsanalyser i bergslänter genom att utvärdera den bergtekniska analys som kan göras utifrån fotogrammetrisk data. Sprickmätningar framtagna från 3D-modellen visade sig ha samma kvalité som manuella mätningar tagna enligt konventionell metod. Den UAS-baserade fotogrammetrin kan dock inte ersätta den konventionella analysen helt vid stabilitetsanalyser men kan användas som ett kompletterande verktyg i bergtekniska undersökningar. Fotogrammetrin möjliggör datainsamling från ett säkrare avstånd vilket minskar riskmomenten som den konventionella metoden medför vid arbete i fält. Den digitala metoden visade sig även ha fler fördelar såsom möjligheten av kartläggning och analysering framför datorn för mindre tids- och kostnadskrävande moment, digital datalagring samt att slänter med begränsad åtkomst kan karteras. / The stability of a rock slope is controlled by the rock’s mechanical properties, such as rock quality and facets. To achieve the desired stability in a rock slope, the mechanical parameters need to be mapped and analysed to determine possible failures and decide necessary stability measures. The purpose of this study is to evaluate the quality of rock technical data from digital photogrammetry 3D models by comparing the result with manual measurements from conventional mapping. The goal is also to explore the potential uses of photogrammetric 3D models for rock slope stability analyses by evaluate the photogrammetric data. Facets extracted from 3D models were found to have the same quality as manual measurements. However, the UAS-based method cannot completely replace the conventional method but can be useful as a complementary tool. Photogrammetry enables the collection of data from a safer distance, which reduces workplace hazards that the conventional method entails. The digital method also proved to have more advantages, such as the possibility of digital mapping and analysing which is less costly and time-consuming, digital data storage and the possibility to access outcrops that can’t be mapped with manually measurements due to inaccessibility.

Diagenetic and structural aspects of tight gas sandstones must be addressed concurrently in order to fully understand low-permeability sandstones and to better predict their reservoir quality attributes that arise from a combination of pore-scale and fracture distribution characteristics. This dissertation focuses on aspects of rock evolution that are germane to concurrent structural and diagenetic evolution, such as loading and thermal history, rock mechanical property evolution, and fracture timing. I tested the hypothesis that the cement precipitation step, governed by thermal exposure and grain surface attributes, governs how sandstone attributes evolve using observations from the Late Cretaceous Williams Fork sandstones from the Piceance Basin, Colorado. My research shows that essential information for predicting and understanding fracture patterns in sandstone can be obtained by unraveling cement precipitation (diagenetic) history. Fractures depend on the mechanical properties existing during fracture growth. I show that key rock mechanical properties (subcritical crack index, Young's modulus and Poisson's ratio), petrophysical behavior, and reservoir quality depend in a systematic way on time-temperature history and the intrinsic grain surface attributes of these sandstones. I classified the Williams Fork lithofacies petrographically and correlated those with log responses to create a model that can be used to predict reservoir quality and diagenesis directly from well logs. I determined rock mechanical characteristics by measuring the subcritical crack index (SCI), a mechanical property that influences fracture distribution characteristics, and by examining log-derived bulk mechanical properties. To quantify the influence of quartz cementation on the SCI and to determine the range of SCI values for sandstone of given framework composition at different diagenetic stages, I measured SCI on Williams Fork core samples and their outcrop equivalents. Diagenetic modeling is applied to determine the sandstone characteristics during fracturing. / text

Study of Production Drifts Stability and Assessment of Reinforcement Requirements at LKAB Konsuln Test-Mine Levels 436 and 486 Using Geologic Structures Data, and Modelling Software - Dips and Unwedge:  a Part of dp1 Project (Mine Layout and Technology) of the Sustainable Underground Mining (Sum) Project Oludare Joseph Olufe Global population has been on exponential increase over the past half century. The population explosion is driving massive urbanization and infrastructure developments across the globe, which result in huge demand for metals, especially steel. The trend is forecasted to continue to rise steeply in for the next two decades. This is putting enormous strain on metals mining, especially because new surface economic deposits are rare to come by. Therefore, mining is steadily going deeper in many of the mining destinations across the world.     Mining at great depths present unique challenges, particularly regarding stability of excavations at depths. Rock falls, rock burst, excavation collapse are common occurrences associated with deep mining. In regions with high seismicity potentials the frequency and consequences could be very high. Over the past decade ground instability has become a significant challenge confronting mining at LKAB deep mines. There had been incidents that resulted in long term closure of sections of the mines, with resultant adverse economic impacts. More undesirable is loss of live of personnel.     The study was conducted at the Konsuln test mine levels 436 and 486, aimed to investigate the impacts of geologic structures on excavations instability at depths, at the Kiruna iron ore mines, on one hand.  And on the other hand, evaluate the influence of geologic structures on ground reinforcements at the mine. Structural data were collected and analysed using Dips program to define orientation of major structures. The results were used for wedge analysis and excavations stability modelling using Unwedge program. Important rock mechanical parameters were defined based on data provided, and others based on literatures. A design factor of safety of 1.5 was used.     Results from the study established that structures have significant impact on excavations instability at the Konsuln mine. 100% of the production drifts studied has minimum of four wedges formed in its perimeters. Out of this approximately 37% has factor of safety lower than 1.5. Evaluation of reinforcements (shotcrete and rock bolts) implemented in the mine found that approximately 15% of the total wedges formed in the production drifts has factor of safety less that 1.5 after both shotcrete and rock bolt reinforcements had been implement. Also, approximately 5% of the total wedges has apex height longer the rock bolt length.     It was therefore concluded that structurally induced instability is a major contributor to excavations instability at the Kiruna mine. The study approach presented a new methodology to understand and provide robust solution to ground instability problem at the mine.

Die Rotliegend-Vulkanite aus dem Norddeutschen Becken (NDB) sind in jüngster Zeit stärker in den Fokus geothermischer Betrachtung gerückt. Ein wichtiger Meilenstein war das Forschungsprojekt Groß Schönebeck, bei dem wider Erwarten die Vulkanite als sekundärer Zielhorizont die besten Voraussetzungen für eine geothermische Erschließung boten. Über die hydraulisch/mechanischen Eigenschaften der Vulkanite im Untergrund ist jedoch kaum etwas bekannt und auch die Oberflächenäquivalente sind hinsichtlich geothermisch relevanter Parameter weitgehend unerforscht. Aus den positiven Erfahrungen des Standorts Schönebeck entstand die Motivation einer umfangreichen Analyse der Rotliegend-Vulkanite mit Blick auf eine tiefengeothermische Nutzung. Es wurden thermische, felsmechanische und petrophysikalische Untersuchungen von sieben Oberflächenäquivalenten durchgeführt; drei der Oberflächengesteine sowie zwei Tiefenbohrungen wurden ferner hinsichtlich auftretender Kluftmuster analysiert. Die Daten fungieren als Eingangsparameter für hydraulische sowie hydromechanische numerische Modellierungen zur Potenzialabschätzung und zum Prozessverständnis. Die thermische Analyse der Gesteine ergab eine hohe Wärmeleitfähigkeit für die quarzreichen und dichten Vulkanitvarietäten. Durch die Wärmekapazität und die Reservoirtemperatur wurde das technische Strompotenzial für die Eruptionsstadien ermittelt. Das größte Potenzial liegt im explosiven Ignimbritstadium und im Post-Ignimbritstadium und wird auf einen Wert geschätzt, der allein dem 20-fachen des deutschen Jahresstromverbrauchs entspricht. Regional betrachtet ist das größte Potenzial bei Standortwahl im zentralen östlichen NDB zu erwarten. Die untersuchten Vulkanite sind überwiegend dicht und erfordern Stimulationsmaßnahmen für eine erfolgreiche Erschließung. Auch die stärker porösen Tuffe erreichen nicht die erforderliche Matrixpermeabilität für einen Porenleiter. Triaxiale Druckversuche unter in-situ Spannungsbedingungen haben jedoch gezeigt, dass es nur bedingt möglich ist, Risse im intakten Gestein zu erzeugen. Man ist folglich auf eine gestörte Kruste, also Klüfte im Gestein angewiesen. Sowohl die Oberflächengesteine als auch die Vulkanite im Untergrund sind nachweislich geklüftet. Das tektonische Grundmuster beschreibt Klüfte, die NW-SE bis NNW-SSE sowie NE-SW bis NNE-SSW orientiert sind und dabei steil einfallen. Die Scherfestigkeitskriterien der Kluftflächen liegen deutlich unterhalb derer für das intakte Gestein, so dass die Bedingung für eine Aktivierung der Klüfte im Spannungsfeld des NDB positiv bewertet wird. Die Kluftdaten wurden zum Zwecke numerischer Modellierungen in diskrete Kluftnetzwerkmodelle überführt. Hydraulische Modellierungen ergaben eine bevorzugte Fließrichtung in NW-SE. Die mit der Tiefe zunehmende Kluftschließung führt zu einer Durchlässigkeit, die für eine geothermische Nutzung nicht ausreichend ist, das Gestein muss hydraulisch stimuliert werden. Eine Stimulation der Kluftflächen zur Steigerung der Fließrate wurde mittels hydromechanischer Modellierungen erfolgreich dargestellt. Die wichtigsten Kriterien für eine erfolgreiche Stimulation sind die Geometrie des Kluftsystems und die Orientierung des Spannungsfelds. Aufgrund der überwiegend vertikalen Kluftflächen im Vulkanit und der hohen Vertikalspannung im tiefengeothermischen Reservoir wird eine Erschließung über das Multiriss-Konzept empfohlen. Durch den in der vorliegenden Arbeit dargestellten methodischen Ansatz kann mittels repräsentativer Eingangsparameter für einen Standort entsprechend der notwendige Injektionsdruck sowie die Art und Intensität der Verformung der Kluftflächen für eine hydraulische Stimulation prognostiziert werden.

Gegenstand der Dissertation ist die Entwicklung eines Stoffmodells für duktile Salzgesteine, mit dem alle drei Kriechphasen, abhängig von einem inneren Zustandsparameter, beschrieben werden können. Die Modellierung der Schädigungs- bzw. Dilatanzentwicklung und deren Rückkopplung auf das Kriechverhalten ist das Kernstück der Stoffmodellentwicklung. Es wird eine Beziehung abgeleitet, die die Dilatanzentwicklung abhängig vom Manteldruck und der spezifischen Formänderungsarbeit beschreibt. Durch diese Formulierung und deren Verknüpfung mit dem o. g. Zustandsparameter lassen sich tertiäres Kriechen, Kriechbruch, Nachbruchverhalten und Restfestigkeit geschwindigkeitsabhängig beschreiben. Es erfolgte eine Validierung des Modells anhand von Laboruntersuchungen. Weiter wurden Parametersätze für zwei unterschiedliche Steinsalztypen abgeleitet. Anhand von drei realen Problemstellungen konnte gezeigt werden, dass das gemessene In-situ-Verhalten mit dem Modell berechnet werden kann und Prognoseberechnungen zu plausiblen Ergebnissen führen.