Com a crescente diminuição de recursos minerais e o alto custo envolvido na construção da estrutura de uma mina, a recuperação máxima possível de uma jazida vem se tornando fundamental. Para isso além da escolha do método de lavra ter a necessidade de ser feito cautelosamente, é possível lançar mão de métodos adicionais de recuperação, como por exemplo, a recuperação de pilares. Essa pesquisa foi baseada na determinação da caracterização do enchimento (backfill cimentado) utilizado nas câmaras vazias que possibilita a posterior recuperação dos pilares. A caracterização do enchimento é composta da determinação da resistência simples do backfill necessária para que o enchimento cumpra com seu objetivo, desenvolvimento da classificação granulométrica ótima para os agregados e dosagem de cimento e água para alcançar a resistência proposta. A metodologia desenvolvida para obter a nova caracterização é composta de várias etapas que incluem pesquisas em campo e trabalhos em laboratório. Primeiramente, foram obtidos através de análise em campo os parâmetros de dosagem de cimento e classificação granulométrica dos agregados já utilizados na planta de fabricação do enchimento, bem como sua resistência correspondente. Em seguida definições teóricas da dosagem de cimento ideal e classificação granulométrica ótima foram realizadas com base na resistência à compressão simples que foi identificada como necessária para cumprir com as solicitações geomecânicas do maciço rochoso, então posteriormente, a nova caracterização definida teoricamente foi posta à prova através da confecção de corpos de prova de backfill, seguido de execuções de ensaios de compressão. Durante a primeira etapa da metodologia, já se pôde identificar que os agregados possuíam um alto índice de partículas tamanho argila que estavam afetando os resultados de resistência obtidos com a caracterização empregada inicialmente. A partir disso se optou por construir a curva granulométrica ótima sem essa fração. A resistência à compressão simples calculada de 2,69 MPa, foi obtida com base no planejamento de longo prazo que prevê a total recuperação dos pilares existentes na mina. Dessa maneira toda a área que será minerada foi considerada como um único bloco. Finalmente, foi identificada a dosagem de cimento sendo de 4% em peso, que juntamente com a granulometria ótima é capaz de alcançar os valores esperados de resistência. Para que o planejamento da produção da mina durante os próximos anos de vida útil seja efetivamente cumprido, o enchimento deverá prover à mina estabilidade geomecânica local a nível de câmaras abertas com paredes verticais de backfill estáveis e também estabilidade global a nível de contato entre níveis e galerias de acesso. Isso somente será alcançado se a nova caracterização for corretamente aplicada. / As a consequence of the ongoing reduction of mineral resources and the high cost involved in the construction of a mine, the maximum recovery of a mineral deposit becomes a fundamental issue. Therefore, besides the need of caution on the choice of the mining method, it is possible to make use of additional recovery methods, such as the recovery of pillars. This research was based on the determination of the characterization of the fill (cemented backfill) used in avoid stopes that allows the subsequent recovery of adjacent pillars. The characterization of the fill consists of determining the uniaxial compressive strength of the backfill required for an efficient filling, developing an optimal particle-size distribution for the aggregates and finding the cement-water ratio necessary to reach the desired resistance. The methodology developed to obtain the new characterization is comprised of several steps which include field work and laboratory tests. First, cement dosing parameters and particle size of the aggregates (already used at the filling manufacturing plant), as well as their corresponding strength, were obtained through analyses in the field work. Then, theoretical definitions of the ideal cement dosing and optimal particle-size analysis were carried out based on the uniaxial compressive strength that has been identified as necessary to comply with the geomechanical requests from the rock mass, and then later, the new theoretical characterization was tested by making backfill samples, followed by execution of compression tests. During the first stage of this methodology, it has been identified a high proportion of clay particle size for the aggregates, that have affected the strength results obtained from the characterization used initially. From this point, we decided to build the optimal particle-size curve without this fraction. Uniaxial compressive strength, calculated as 2.69 MPa, was obtained from the long-term planning that determines the full recovery of the existing pillars in the mine. In this way, the entire area to be mined was considered as a single block. Finally, the cement dosing has been identified as 4% by weight, which together with the optimal particle size, is able to achieve the expected strength values. In order to effectively fulfill the mine production planning over the next years of lifespan, the filling should provide the mine local geomechanical stability at open stopes level, with vertical walls of stable backfill, and also global stability at the contacts between levels and access galleries. This will only be achieved if the new characterization is correctly applied.

Orientador: Antonio Carlos Artur / Banca: Antenor Braga Paraguassú / Banca: José Eduardo Rodrigues / Banca: Maria Heloisa Barros de Oliveira Frascá / Banca: Peter Christian Hackspacher / Resumo: Considerando um conjunto de 21 tipos de rochas utilizadas como revestimento e subdivididas em quatro conjuntos por afinidade da composição mineral (rochas carbonáticas, quartzosas, feldspáticas e quartzo-feldspáticas) foram realizados ensaios tecnológicos para a determinação do coeficiente de dilatação térmica linear e da resistência à compressão uniaxial, bem como a anisotropia dessas propriedades. Os dados tecnológicos obtidos foram correlacionados com informações petrográficas qualitativas e quantitativas referentes à composição mineral, variações texturais e estruturais determinadas em seções ortogonais entre si a partir de um sistema de referência (xyz) baseado na foliação e lineação macroscopicamente visíveis. A análise integrada dos dados utilizando estatística convencional e multivariada procurou apontar as variáveis petrográficas mais relevantes para as duas propriedades tecnológicas enfocadas e suas respectivas anisotropias. A dilatação térmica e sua anisotropia são influenciadas principalmente pela composição mineral e pela orientação preferencial dos minerais embora as microfissuras desempenhem papel importante em alguns casos. A tensão de compressão mostra sua variabilidade e anisotropia influenciadas pela granulação média, tipos de contatos minerais predominantes e padrões de microfissuras mais ou menos definidos por influência da foliação presente. Constatou-se que no conjunto analisado a presença da foliação não implica necessariamente em anisotropia das duas propriedades estudadas. / Abstract: The anisotropy of thermal expansion coefficient and compressive tensile strength were determined for 21 commercially used stones gathered in four set according the main mineral composition named carbonatic, quartz-rich, feldspar-rich and quartz-feldspar-rich rocks. Using a coordinate reference system (xyz) based on the macroscopic visible foliation and lineation the samples were submitted to normalized laboratorial analyses for determination of the both technological properties and the petrographical features such as mineral composition, texture and fabric. Additionally was carried out measurements of weathered area and microcrack quantification by image analysis and texture quantification by U-stage methods. In order to understand the relationship between the anisotropy measured and petrographical data it was applied traditional and multivariate statistical analysis. The results pointed to the great significance of mineral composition and the crystallographic preferred orientation for thermal expansion and respective anisotropy, especially to monomineralic and/or foliated rocks, in spite of some cases microcracks play this role. The compressive strength is mainly controlled by a complex interaction between grain size distribution, grain boundary and microcrack patterns related or not to foliation. / Doutor

Com a crescente diminuição de recursos minerais e o alto custo envolvido na construção da estrutura de uma mina, a recuperação máxima possível de uma jazida vem se tornando fundamental. Para isso além da escolha do método de lavra ter a necessidade de ser feito cautelosamente, é possível lançar mão de métodos adicionais de recuperação, como por exemplo, a recuperação de pilares. Essa pesquisa foi baseada na determinação da caracterização do enchimento (backfill cimentado) utilizado nas câmaras vazias que possibilita a posterior recuperação dos pilares. A caracterização do enchimento é composta da determinação da resistência simples do backfill necessária para que o enchimento cumpra com seu objetivo, desenvolvimento da classificação granulométrica ótima para os agregados e dosagem de cimento e água para alcançar a resistência proposta. A metodologia desenvolvida para obter a nova caracterização é composta de várias etapas que incluem pesquisas em campo e trabalhos em laboratório. Primeiramente, foram obtidos através de análise em campo os parâmetros de dosagem de cimento e classificação granulométrica dos agregados já utilizados na planta de fabricação do enchimento, bem como sua resistência correspondente. Em seguida definições teóricas da dosagem de cimento ideal e classificação granulométrica ótima foram realizadas com base na resistência à compressão simples que foi identificada como necessária para cumprir com as solicitações geomecânicas do maciço rochoso, então posteriormente, a nova caracterização definida teoricamente foi posta à prova através da confecção de corpos de prova de backfill, seguido de execuções de ensaios de compressão. Durante a primeira etapa da metodologia, já se pôde identificar que os agregados possuíam um alto índice de partículas tamanho argila que estavam afetando os resultados de resistência obtidos com a caracterização empregada inicialmente. A partir disso se optou por construir a curva granulométrica ótima sem essa fração. A resistência à compressão simples calculada de 2,69 MPa, foi obtida com base no planejamento de longo prazo que prevê a total recuperação dos pilares existentes na mina. Dessa maneira toda a área que será minerada foi considerada como um único bloco. Finalmente, foi identificada a dosagem de cimento sendo de 4% em peso, que juntamente com a granulometria ótima é capaz de alcançar os valores esperados de resistência. Para que o planejamento da produção da mina durante os próximos anos de vida útil seja efetivamente cumprido, o enchimento deverá prover à mina estabilidade geomecânica local a nível de câmaras abertas com paredes verticais de backfill estáveis e também estabilidade global a nível de contato entre níveis e galerias de acesso. Isso somente será alcançado se a nova caracterização for corretamente aplicada. / As a consequence of the ongoing reduction of mineral resources and the high cost involved in the construction of a mine, the maximum recovery of a mineral deposit becomes a fundamental issue. Therefore, besides the need of caution on the choice of the mining method, it is possible to make use of additional recovery methods, such as the recovery of pillars. This research was based on the determination of the characterization of the fill (cemented backfill) used in avoid stopes that allows the subsequent recovery of adjacent pillars. The characterization of the fill consists of determining the uniaxial compressive strength of the backfill required for an efficient filling, developing an optimal particle-size distribution for the aggregates and finding the cement-water ratio necessary to reach the desired resistance. The methodology developed to obtain the new characterization is comprised of several steps which include field work and laboratory tests. First, cement dosing parameters and particle size of the aggregates (already used at the filling manufacturing plant), as well as their corresponding strength, were obtained through analyses in the field work. Then, theoretical definitions of the ideal cement dosing and optimal particle-size analysis were carried out based on the uniaxial compressive strength that has been identified as necessary to comply with the geomechanical requests from the rock mass, and then later, the new theoretical characterization was tested by making backfill samples, followed by execution of compression tests. During the first stage of this methodology, it has been identified a high proportion of clay particle size for the aggregates, that have affected the strength results obtained from the characterization used initially. From this point, we decided to build the optimal particle-size curve without this fraction. Uniaxial compressive strength, calculated as 2.69 MPa, was obtained from the long-term planning that determines the full recovery of the existing pillars in the mine. In this way, the entire area to be mined was considered as a single block. Finally, the cement dosing has been identified as 4% by weight, which together with the optimal particle size, is able to achieve the expected strength values. In order to effectively fulfill the mine production planning over the next years of lifespan, the filling should provide the mine local geomechanical stability at open stopes level, with vertical walls of stable backfill, and also global stability at the contacts between levels and access galleries. This will only be achieved if the new characterization is correctly applied.

Submitted by Jesiel Ferreira Gomes (jesielgomes@ufcg.edu.br) on 2018-04-17T20:50:16Z No. of bitstreams: 1 CAYO CÉSAR CORTEZ PONTES – DISSERTAÇÃO (PPGEPM) 2017.pdf: 8158516 bytes, checksum: db5e0ee4565586d1704ae50ddc242d41 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-17T20:50:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAYO CÉSAR CORTEZ PONTES – DISSERTAÇÃO (PPGEPM) 2017.pdf: 8158516 bytes, checksum: db5e0ee4565586d1704ae50ddc242d41 (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Bandas de deformação são estruturas rúpteis que ocorrem em arenitos porosos e podem alterar as propriedades físicas, comportamento mecânico e hidráulico das rochas, resultando na compartimentação de reservatórios. O objetivo deste trabalho foi compreender a variação das propriedades de Resistência à Compressão Uniaxial (UCS), porosidade, Razão de Poisson, Módulos de Young e incompressibilidade nos diferentes elementos arquiteturais da zona de falha: protólito não deformado, zona de dano e núcleo da falha. Para isso realizamos perfis para medição de parâmetros estruturais e geomecânicos com auxílio do esclerômetro (Schmidt Hammer), análises laboratoriais de porosidade, tanto por meio digital em seção delgada como por permoporosímetro a gás, cálculos dos módulos de Young, incompressibilidade e Razão de Poisson. Os resultados indicam que no afloramento correspondente ao núcleo da falha os valores de UCS foram até três vezes maiores que aqueles na zona de dano e quatro vezes maiores que a zona não deformada. A porosidade apresenta decréscimo médio de 10% na zona de dano e até 75% no núcleo da falha. A porosidade estimada por medições em permoporosímetro a gás, módulos de Young, incompressibilidade e Razão de Poisson foram calculados no núcleo da falha. Nesse elemento arquitetural as zonas com bandas possuem resistência até duas vezes maior que a zona sem banda, com efeito no módulo de Young e no módulo de incompressibilidade, porém ambas com deformação ocorrida em caráter rúptil, evidenciado pelo atributo Razão de Poisson. Concluímos assim que bandas de deformação afetam diretamente as propriedades físicas de arenito em diferentes níveis de intensidade. A ocorrência de tais heterogeneidades podem ter impactos importantes na produção já que impõe anisotropias aos reservatórios. / Deformation bands are brittle structures that occur in porous sandstones and may change the physical properties, geomechanical and hydraulic behavior of the rock, leading to the compartmentation of reservoirs. The objective of this research was to understand the variation of the properties of uniaxial compressive strength (UCS), porosity, Poisson’s ratio, Young’s and incompressibility’s modulus in different architectural elements of fault zone: protolith, damage zone and fault core. For this we extracted profiles for the measurement of structural and geomechanics with aid of Schmidt hammer, laboratorial analysis of porosity, both thin section digital means and by gas permoporosimeter, and Young’s, incompressibility and Poisson’s ratio calculations. The results indicate that in outcroup corresponding to the nucleus of fault the UCS values were up to three times higher than those in the damage zone and four times higher than the protolith. The porosity shows an average decrease of 10% in the damage zone and up to 75% in the fault core. Porosity by gas, Young’s and incompressibility modulus and Poisson’s ratios was calculated in core fault. In this architectural element with bands have resistance up to twice times than zone without bands, marked in the Young’s mo dulus as well as the incompressibility’s modulus, however both with deformation occurring in a brittle character, evidenced by Poisson’s ratio. We conclude that deformation bands directly affect the physics properties of sandstones in different levels of intensity. The occurrence of such heterogeneities may have important impacts on the production since it imposes anisotropies to the reservoirs.

Com a crescente diminuição de recursos minerais e o alto custo envolvido na construção da estrutura de uma mina, a recuperação máxima possível de uma jazida vem se tornando fundamental. Para isso além da escolha do método de lavra ter a necessidade de ser feito cautelosamente, é possível lançar mão de métodos adicionais de recuperação, como por exemplo, a recuperação de pilares. Essa pesquisa foi baseada na determinação da caracterização do enchimento (backfill cimentado) utilizado nas câmaras vazias que possibilita a posterior recuperação dos pilares. A caracterização do enchimento é composta da determinação da resistência simples do backfill necessária para que o enchimento cumpra com seu objetivo, desenvolvimento da classificação granulométrica ótima para os agregados e dosagem de cimento e água para alcançar a resistência proposta. A metodologia desenvolvida para obter a nova caracterização é composta de várias etapas que incluem pesquisas em campo e trabalhos em laboratório. Primeiramente, foram obtidos através de análise em campo os parâmetros de dosagem de cimento e classificação granulométrica dos agregados já utilizados na planta de fabricação do enchimento, bem como sua resistência correspondente. Em seguida definições teóricas da dosagem de cimento ideal e classificação granulométrica ótima foram realizadas com base na resistência à compressão simples que foi identificada como necessária para cumprir com as solicitações geomecânicas do maciço rochoso, então posteriormente, a nova caracterização definida teoricamente foi posta à prova através da confecção de corpos de prova de backfill, seguido de execuções de ensaios de compressão. Durante a primeira etapa da metodologia, já se pôde identificar que os agregados possuíam um alto índice de partículas tamanho argila que estavam afetando os resultados de resistência obtidos com a caracterização empregada inicialmente. A partir disso se optou por construir a curva granulométrica ótima sem essa fração. A resistência à compressão simples calculada de 2,69 MPa, foi obtida com base no planejamento de longo prazo que prevê a total recuperação dos pilares existentes na mina. Dessa maneira toda a área que será minerada foi considerada como um único bloco. Finalmente, foi identificada a dosagem de cimento sendo de 4% em peso, que juntamente com a granulometria ótima é capaz de alcançar os valores esperados de resistência. Para que o planejamento da produção da mina durante os próximos anos de vida útil seja efetivamente cumprido, o enchimento deverá prover à mina estabilidade geomecânica local a nível de câmaras abertas com paredes verticais de backfill estáveis e também estabilidade global a nível de contato entre níveis e galerias de acesso. Isso somente será alcançado se a nova caracterização for corretamente aplicada. / As a consequence of the ongoing reduction of mineral resources and the high cost involved in the construction of a mine, the maximum recovery of a mineral deposit becomes a fundamental issue. Therefore, besides the need of caution on the choice of the mining method, it is possible to make use of additional recovery methods, such as the recovery of pillars. This research was based on the determination of the characterization of the fill (cemented backfill) used in avoid stopes that allows the subsequent recovery of adjacent pillars. The characterization of the fill consists of determining the uniaxial compressive strength of the backfill required for an efficient filling, developing an optimal particle-size distribution for the aggregates and finding the cement-water ratio necessary to reach the desired resistance. The methodology developed to obtain the new characterization is comprised of several steps which include field work and laboratory tests. First, cement dosing parameters and particle size of the aggregates (already used at the filling manufacturing plant), as well as their corresponding strength, were obtained through analyses in the field work. Then, theoretical definitions of the ideal cement dosing and optimal particle-size analysis were carried out based on the uniaxial compressive strength that has been identified as necessary to comply with the geomechanical requests from the rock mass, and then later, the new theoretical characterization was tested by making backfill samples, followed by execution of compression tests. During the first stage of this methodology, it has been identified a high proportion of clay particle size for the aggregates, that have affected the strength results obtained from the characterization used initially. From this point, we decided to build the optimal particle-size curve without this fraction. Uniaxial compressive strength, calculated as 2.69 MPa, was obtained from the long-term planning that determines the full recovery of the existing pillars in the mine. In this way, the entire area to be mined was considered as a single block. Finally, the cement dosing has been identified as 4% by weight, which together with the optimal particle size, is able to achieve the expected strength values. In order to effectively fulfill the mine production planning over the next years of lifespan, the filling should provide the mine local geomechanical stability at open stopes level, with vertical walls of stable backfill, and also global stability at the contacts between levels and access galleries. This will only be achieved if the new characterization is correctly applied.

Due to an increasing amount of aging tendencies in Swedish embankment dams, failures such as internal erosion has become a more common problem. Internal erosion is a phenomenon where certain soil material within the embankment dam is removed, often over a longer period of time. It is most common to occur at the inner core of the dam, and if it is allowed to continue for a longer time period the consequences can be disastrous. During the internal erosion, the inner material is washed out, creating larger voids and lowering the geotechnical stability of the dam. When larger voids start to appear, the seepage will increase allowing more material to be washed out and accelerating the process.  In order to repair an embankment dam, exposed to inner erosion, it requires both the location of the faults as well as a suitable method of repairing. A method to repair internal erosion is by using grout and injecting it into the location of the fault. The knowledge regarding what type of grout and how it should be treated is today lacking.  There are reasons to believe that a hardening mixture within an embankment dam using a till core will not cooperate well. For that reason, a grout with non-hardening properties is of interest. this thesis focuses on the Geomechanical strength parameters of two similar experimental non-hardening grouts. One with maximum grain size of 2 mm referred as grout 0/2, and one with maximum grain size of 4 mm, referred to as grout 0/4. The grouts consist of natural aggregates, calcium carbonate, water, bentonite, superplasticizer and defoamer.   The grouts are evaluated by its undrained shear strength, water content, bulk- and dry density using fall cone tests and uniaxial compressive strength tests. To evaluate the grouts angle of friction and angle of dilatancy together with young’s modulus, consolidated, drained triaxial tests were performed. Three tests with different consolidation pressures (50, 150 and 300 kPa) were performed for each grout. Since the grout will gain strength with time, the tests have been performed after certain number of days in order to see the development of the grouts. The laboratories stretch from 0 to 112 days since the time of mixing the grout, and was performed at Luleå University of technology.  Fall cone tests showed that the grout should most likely be mixed on site and left unstirred. Continuously stirring the grout quickly removed the grouts flowability which is why longer transportation should be avoided. At the same time, the accuracy of the grouts mixing is very demanding which needs to be taken into consideration.  Triaxial tests showed that the grout 0/2 had dilatant behavior for 50 and 150 kPa consolidation pressure while 300 kPa showed contractive behavior. The grout 0/4 had dilatant behavior for 50 kPa consolidation pressure while 150 and 300 kPa showed contractive behavior. A theory to explain this behavior was constructed where the bentonite is believed to be behind it. Bentonite slurries behave as a Bingham fluid, where it requires a certain amount of shear stress for the fluid to start to flow. With the same reasoning, the low consolidation pressures do not exceed that threshold, resulting in dilatant behavior. But once that threshold is surpassed the grout starts to contract. In addition, flow curve tests were performed for additives, superplasticizer and defoamer. Both these substances showed Newtonian behavior which leaves Bentonite to be the only additive with Binghamian behavior. / På grund av en ökad mängd med föråldrandetendenser hos svenska jordfyllningsdammar har brott så som inre erosion blivit ett alltmer vanligt problem. Inre erosion är ett fenomen där en viss jord inom jordfyllningsdammen är avlägsnad, generellt över en längre tidsperiod. Oftast inträffar detta vid den inre damkärnan och om erosionen är tillåten att fortskrida sig över en längre period kan konsekvenserna bli förödande. Inre erosion fungerar så att jordmaterial tvättas ut vilket skapar hålutrymmen och minskar den geotekniska hållfastheten för dammen. När större hålutrymmen bildats ökar läckaget som i sin tur tillåter mer material att bli urtvättat och processen blir accelererad. För att kunna reparera en jordfyllningsdam, utsatt för inre erosion, krävs både att platsen för brottet och metoden för att reparera är kända. En metod för att reparera inre erosion är genom att använda injektering och injektera hålutrymmet. Dock är kunskapen gällande vad för typ av injektering och hur den ska hanteras icke existerande i dagsläget. Det finns anledning att tro att ett härdande bruk inom en jordfyllningsdam, med en moränkärna, inte kommer samarbeta särskilt bra. På grund av det har ett bruk med icke-härdande egenskaper undersökt. Den här uppsatsen fokuserar på de geotekniska hållfasthetsegenskaperna för två liknande experimentella icke-härdande bruk. Ett med maximal kornstorlek på 2 mm benämnd som bruk 0/2 och ett med maximal kornstorlek på 4 mm, benämnd som bruk 0/4. Bruket består av natursand, kalciumkarbonat, vatten, bentonit, mjukgöringsmedel och skumdämpare. Bruken är utvärderade genom deras odränerade skjuvhållfasthet, vattenkvot, skrym- och torrdensiteten som har tagits fram från fallkorns-test och enaxiella trycktest (UCS).  För att utvärdera brukens friktionsvinkel och dilationsvinkel tillsammans med styvheten (initiella och 50 %) har konsoliderat, dränerat triaxiala tests utförts. Tre test med varierande konsolideringstryck (50, 150 och 300 kPa) har utförts för båda bruken. I och med att brukens hållfasthet kommer att öka med tiden, har testerna utförts efter ett visst antal dagar, för att se hur utvecklingen ser ut. Laborationerna har sträckt sig från 0 till 112 dagar sedan det att bruken har blandats, och utfördes vid Luleå Tekniska Universitet. Fallkornstesten visade att bruken bör med största sannolikhet blandas på arbetsplatsen och därefter förbli orörda. Kontinuerlig omrörning visade sig frånta brukens flytförmåga, vilket också är anledning till varför längre transporter bör undvikas. Samtidigt så är noggrannheten vid brukens blandning krävande vilket bör tas i beaktning. De triaxiala tester visade att bruk 0/2 visade ett dilatant beteende för både 50 och 150 kPa konsolideringstryck medan 300 kPa hade ett kontrakterande beteende. Bruket 0/4 hade dilatant beteende för 50 kPa konsolideringstryck medan 150 och 300 kPa visade kontrakterande beteende. En teori för att förklara detta beteende togs fram där bentoniten är den troliga orsaken. Bentonitblandningar (bentonite slurry) beter sig som en Bingham-vätska, där det krävs en viss mängd skjuvspänning för att få vätskan att börja flyta. Med samma resonemang applicerade på bruken innebar det att de låga konsolideringstrycken inte översteg tröskelvärdet, vilket resulterade i ett dilatant beteende. Däremot, när tröskelvärdet väl är överstiget börjar bruket att kontraktera istället. Det gjordes även flödestester på tillsatsmedlen, mjukgöringsmedel och skumdämpare. Testerna visade att båda medel betedde sig Newtoniskt, vilket lämnar bentoniten som det enda tillsatsmedlet med Bingham-beteende.

The role of surface chemical effects in hydraulic fracturing of shale is studied using the results of unconfined compression tests and Brazilian tests on Mancos shale- cored at depths of 20-60 ft. The rock mineralogy, total organic carbon and cation exchange capacity were determined in order to characterize the shale. Adsorption tests to study the interaction of the shale and aqueous fluid mixture were also carried out using surface tension measurements. The uniaxial compressive strengths and tensile strengths of individual shale samples after four hours exposure to water, 2.85 x 10^-3 M cationic surfactant (dodecyltrimethylammonium bromide-DTAB) and 2.81 x 10^-3 M anionic surfactant (sodium dodecylbenzenesulfonate-SDBS) were analyzed using ANOVA and Bonferroni tests. These mechanical strengths were largely reduced on exposure to the aqueous environments studied, despite the relatively low clay and low swelling clay content of the Mancos shale. Further comparison of the uniaxial compressive strengths and tensile strengths of the shale on exposure to water, to the strengths when exposed to the surfactant solutions showed that their difference was not statistically significant indicating that exposure to water had the greatest effect on strength loss. The surface tension measurement of 2.85 x 10^-4 M DTAB and 2.81 x 10^-4 M SDBS solutions before and after equilibration with shale showed about 80% increase in surface tension in the DTAB solution and 10% increase in surface tension in the SDBS solution. The probable sorption mechanism is electrostatic attraction with negatively charged sites of the shale as shown by significant loss of the cationic surfactant (DTAB) to the shale surface, and the relatively minor adsorption capacity of the anionic surfactant (SDBS). Although these adsorption tests indicate interaction between the shale and surfactant solutions, within the number of tests carried out and the surfactant concentration used, the interaction does not translate into a significant statistical difference for impacts of surfactants on mechanical strength of this shale compared to the impact of water alone. The relevance of this work is to facilitate the understanding of how the strength of rock can be reduced by the composition of hydraulic fracturing fluids, to achieve improved fracture performance and higher recovery of natural gas from shale reservoirs.

This thesis presents the results of an investigation of factors which influence the geotechnical properties of frozen mine backfill (FMB). FMB has extensive application potential for mining in permafrost areas. The uniaxial compressive strength (UCS) of hardened backfill is often used to evaluate mine backfill stability. However, the deformation behaviour and stiffness of the FMB are also key design properties of interest. In this thesis, uniaxial compressive tests were conducted on FTB and FCPB samples. Information about the geotechnical properties of FMB is obtained. The effects of FMB mix components and vertical compression pressure on the geotechnical properties of FMB are discussed and summarized. An optimum total water content of 25%-35% is found in which the strength and the modulus of elasticity of the FTB are 1.4-3.2 MPa and 35-58 MPa, respectively. It is observed that a small amount (3-6%) of cement can significantly change the geotechnical properties of FTB.

This thesis presents the results of an investigation of factors which influence the geotechnical properties of frozen mine backfill (FMB). FMB has extensive application potential for mining in permafrost areas. The uniaxial compressive strength (UCS) of hardened backfill is often used to evaluate mine backfill stability. However, the deformation behaviour and stiffness of the FMB are also key design properties of interest. In this thesis, uniaxial compressive tests were conducted on FTB and FCPB samples. Information about the geotechnical properties of FMB is obtained. The effects of FMB mix components and vertical compression pressure on the geotechnical properties of FMB are discussed and summarized. An optimum total water content of 25%-35% is found in which the strength and the modulus of elasticity of the FTB are 1.4-3.2 MPa and 35-58 MPa, respectively. It is observed that a small amount (3-6%) of cement can significantly change the geotechnical properties of FTB.

This thesis presents the results of an investigation of factors which influence the geotechnical properties of frozen mine backfill (FMB). FMB has extensive application potential for mining in permafrost areas. The uniaxial compressive strength (UCS) of hardened backfill is often used to evaluate mine backfill stability. However, the deformation behaviour and stiffness of the FMB are also key design properties of interest. In this thesis, uniaxial compressive tests were conducted on FTB and FCPB samples. Information about the geotechnical properties of FMB is obtained. The effects of FMB mix components and vertical compression pressure on the geotechnical properties of FMB are discussed and summarized. An optimum total water content of 25%-35% is found in which the strength and the modulus of elasticity of the FTB are 1.4-3.2 MPa and 35-58 MPa, respectively. It is observed that a small amount (3-6%) of cement can significantly change the geotechnical properties of FTB.