Detta mastersarbete görs i samband med projekteringen av utbyggnaden av tunnelbanan mellan Akalla och Barkarby i Stockholm tillsammans med Tyréns AB. Utbyggnaden innefattar två nya stationer; Barkarby station och Barkarbystaden och däremellan ca 1500 m tunnel i berg. I projekteringen ingår geologiska och bergmekaniska undersökningar i området som ger underlag för modelleringar och beräkningar på tunnlarnas stabilitet. Det finns idag många olika metoder för att uppskatta parametrar som beskriver bergmassans mekaniska egenskaper. Bergmassans deformationsmodul och sprickors skjuvhållfasthet är viktiga parametrar som ingår i dagens modelleringsprogram för struktur och spänningsanalyser. Denna studie syftar till att jämföra olika empiriska och analytiska metoder för att uppskatta deformationsmodulen och skjuvhållfastheten för sprickor i den bergmassa som omger Barkarby station. Resultaten från de olika metoderna används som ingångsdata för struktur och spänningsanalyser. Deformationsmodulen för Barkarby station uppskattades utifrån utvalda indirekta och direkta metoder. Den indirekta metoden utgår ifrån empiriskt utvecklade ekvationer med variabler som baseras på resultat från karaktärisering av den aktuella bergmassan. Den direkta metoden utgår istället ifrån teoretiska beräkningar som baseras på resultat från enaxiella kompressionstester på bergprover som representerar det intakta berget och sprickorna i bergmassan. Vid beräkning av deformationsmodulen med de indirekta metoderna erhölls konstanta värden på deformationsmodulen. Vid beräkning av deformationsmodulen med den direkta metoden erhölls istället ett olinjärt samband mellan deformationsmodulen och spänningen. Resultaten från de indirekta och direkta metoderna användes sedan som ingångsdata för spänningsanalyser av Barkarby station. Spänningsanalysen påvisade märkbara skillnader mellan de olika modellerna. Enligt de linjärelastiska modellerna skapades dragspänningar av betydande storlek och utbredning i berget närmast tunnelväggarna. Avlastningen av berget här resulterar i en ökad risk för blockutfall. Enligt spänningsanalysen som är baserad på den bilinjärelastiska modellen skapas i jämförelse med den linjärelastiska modellen, lägre dragspänningar över ett betydligt mindre påverkat område vilket medför till en minskad risk för blockutfall. Vid uppskattning av sprickors skjuvhållfasthet användes olika metoder för bestämning av parametrarna: friktionsvinkeln som ingår i Mohr Coulombs brottkriterium, JRC, JCS och residualfriktionsvinkeln som ingår i Barton Bandis brottkriterium. Enligt strukturanalysen var skillnaderna mellan Mohr Coulombs och Barton Bandis modell obetydliga vid modelleringen utan primärspänningar. Skillnaderna mellan modellerna ökade vid modellering med primärspänningar. Detta kan förklaras med att den definierade brottlinjen för de två olika modellerna skiljer sig åt. Enligt Mohr Coulombs kriterium är brottlinjen linjär medan den enligt Barton Bandis kriterium är krökt. / This master thesis is written in connection with the planning of the extension of the subway between Akalla and Barkarby in Stockholm together with Tyréns AB. The extension includes two new stations; Barkarby Station and Barkarbystaden and in between about 1500 m tunnel in rock. The planning of the subway includes geological and rock engineering studies in the area that provide a basis for modeling and calculations on the tunnel stability. Today there are many different methods to estimate the parameters describing the mechanical properties of the rock mass. The deformation modulus of the rock mass and the shear strength of the fractures are important parameters that have to be defined in modeling programs for structural and stress analysis. This study aims to compare different empirical and analytical methods for estimating the deformation modulus and the shear strength of the fractures in the rock mass surrounding the Barkarby station. The results of the different methods are used as input data for structural and stress analysis. The deformation modulus was estimated from selected indirect and direct methods. The indirect method is based on empirical developed equations with variables that are based on results from the characterization of the rock mass. The direct method however is based on theoretical equations based on the results from uniaxial compression tests on rock samples representing the intact rock and the fractures of the rock mass. When calculating the deformation modulus with indirect methods constant values are obtained. When calculating the deformation modulus with the direct method a nonlinear relationship between the deformation modulus and the stress is obtained. The obtained results from the indirect and direct methods were used as input data in stress analysis on the Barkarby station excavation. The output from the stress analysis showed notable differences between the models. According to the linear elastic models tensile stresses of considerable size and distribution were created in the rock that lies closest to the tunnel walls. The unloading of the rock here results in an increased risk of wedge failure. According to the stress analysis for the bilinearelastic model lower tensile stresses distributed over a much smaller area were created which in comparison with the linear elastic models will reduce the risk of wedge failure. For the estimation of the shear strength of the fractures various methods were used for determining the parameters: the friction angle that is included in the Mohr Coulombs failure criterion and JRC, JCS and residualfriction angle which are included in the Barton Bandis failure criterion. According to the structural analysis the differences between the Mohr Coulomb and Barton Bandis model were insignificant when modeling without primary stresses.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:uu-278851 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Ljunggren, Nathalie |
| Publisher | Uppsala universitet, Institutionen för geovetenskaper |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, 1650-6553 ; 348 |
Page generated in 0.0029 seconds