Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Beräkningsmetodik för bergkonsbrott

Dingle, Lucas LU and Grönqvist, Svante LU (2024) In TVGT-5000 VGTM01 20241
Geotechnical Engineering
Department of Construction Sciences
Abstract (Swedish)
Bergförankring kan användas för att hantera vertikal dragbelastning. När bergförankringar utsätts för dragbelastning behöver flera olika brottmoder beaktas vid dimensionering. I många projekt i Sverige leder dimensioneringen för brottmoden bergkonsbrott till långa förankringslängder. Bergkonsbrott innebär att förankringen är intakt och att berget går till brott runt förankringen i form av en kon. Nuvarande beräkningsmetodik medför att endast bergkonens egentyngd tillgodoräknas som mothållande kraft. De långa förankringslängderna kan leda till ineffektiva konstruktioner och ökade kostnader. I detta examensarbete utreddes huruvida bergets skjuv- eller draghållfasthet skulle kunna tillgodoräknas vid dimensionering. Nuvarande metod för att... (More)
Bergförankring kan användas för att hantera vertikal dragbelastning. När bergförankringar utsätts för dragbelastning behöver flera olika brottmoder beaktas vid dimensionering. I många projekt i Sverige leder dimensioneringen för brottmoden bergkonsbrott till långa förankringslängder. Bergkonsbrott innebär att förankringen är intakt och att berget går till brott runt förankringen i form av en kon. Nuvarande beräkningsmetodik medför att endast bergkonens egentyngd tillgodoräknas som mothållande kraft. De långa förankringslängderna kan leda till ineffektiva konstruktioner och ökade kostnader. I detta examensarbete utreddes huruvida bergets skjuv- eller draghållfasthet skulle kunna tillgodoräknas vid dimensionering. Nuvarande metod för att beakta grundvattenytan och inverkan av vatteninnehåll på bergets egenskaper utreddes också. Interaktionen mellan närbelägna bergkoner med olika belastningar på förankringarna analyserades numeriskt.

Litteraturstudien visade att många fullskaliga experiment har genomförts som visar att nuvarande beräkningsmetodik leder till en överdimensionering av förankringslängderna. Beräkningsmetodik från andra länder visar att det finns metoder som medför att drag-eller skjuvhållfasthet  i bergmassan kan tillgodoräknas. Dessa metoder bygger dock till stor del på empiriska resultat snarare än analytisk eller numerisk bergmekanisk analys.

Grundvattennivån påverkar bergets tunghet och även de mekaniska egenskaperna. Vid vattenmättat berg minskar draghållfasthet och enaxiell tryckhållfasthet. Tidigare genomförda laboratorietester visade även att högre hållfasthet fås under pågående vattenmättning än vid uttorkningsprocessen, trots samma vattenhalt. Sättet på vilket grundvattenytans nivå beaktas enligt bergkonsmetoden beaktar inte dess inverkan på bergmassans skjuv- och draghållfasthet. Det kan dock anses vara en tillräckligt bra metod eftersom minskning i bergkonens tunghet enligt bergkonsmetoden är i samma storleksordning som minskningen av tryck-och draghållfasthet vid vattenmättat berg vid laboratorieundersökningar.

Resultat från den numeriska modelleringen bekräftar tesen att den nuvarande beräkningsmetodiken överskattar hur långa förankringar som krävs. Resultaten indikerar också att nuvarande metodik för att beakta närliggande förankringar också är konservativ, framförallt när förankringarna utsätts för olika laster. (Less)
Abstract
Rock anchors can be used to handle vertical tensile loads. When rock anchors are subjected to tensile forces there are several different failure modes that should be considered during design. In many projects designing for the failure mode called rock mass uplift leads to long anchorage lengths. Rock mass uplift failure means that the anchor stays intact and a rock cone is formed and lifted out of the surrounding bedrock. Current design guidelines assume that the resisting force is only due to the weight of the displaced cone. The long anchorage lengths lead to inefficient and uneconomical designs. In this thesis a literature review was conducted to investigate if the shear or tensile capacity of the rock mass could be accounted for in... (More)
Rock anchors can be used to handle vertical tensile loads. When rock anchors are subjected to tensile forces there are several different failure modes that should be considered during design. In many projects designing for the failure mode called rock mass uplift leads to long anchorage lengths. Rock mass uplift failure means that the anchor stays intact and a rock cone is formed and lifted out of the surrounding bedrock. Current design guidelines assume that the resisting force is only due to the weight of the displaced cone. The long anchorage lengths lead to inefficient and uneconomical designs. In this thesis a literature review was conducted to investigate if the shear or tensile capacity of the rock mass could be accounted for in design. The current design guidelines for considering the groundwater level and the water's effect on rock mass properties were also investigated. Interaction between rock cones in close proximity to each other with different loads from the anchors was analyzed numerically.

The literature review showed that many full-scale experiments indicate that current design methods lead to overestimation of anchor lengths. Methods used in other countries show that it is possible to account for the tensile or shear resistance of the rock mass. However, these methods are often based on empirical results and not on analytical or numerical rock mechanics analyses.

The groundwater level affects the effective weight of the rock as well as its mechanical properties. Saturated rock has lower uniaxial compressive and tensile strength than dry rock. With the same water content, samples tend to have higher compressive strength in saturation than during the drying process. How the groundwater level is accounted for in design does not consider the reduction in shear and tensile capacity. However, it may be sufficiently accurate method since the decrease of the weight of the rock mass during design is similar to the decrease in compressive and tensile strength of saturated rock samples that have been tested in laboratories.

In line with the findings from the literature review, the numerical modeling also indicates that the required anchorage lengths are overestimated using current design guidelines. The results from the numerical modeling also indicate that the current design guidelines for multiple anchors in close proximity to each other are also conservative. Especially when the anchors are subjected to different loads. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
I infrastrukturprojekt kan konstruktioner förankras i underliggande berggrund, exempelvis för att undvika att de ska välta. Detta kan göras genom förankring med stålstag. Detta exjobb syftade till att utreda hur långa dessa stag behöver vara i förhållande till hur mycket de kommer att belastas.

En förankring skapas genom att ett stålstag placeras i ett hål som borrats i berget och sedan limmas fast mot berget med hjälp av cementbruk. Man kan sedan dra i detta stag med stor kraft utan att det ger vika.

Innan konstruktioner byggs genomförs beräkningar som bekräftar att konstruktionerna klarar av belastningarna de utsätts för. När dessa beräkningar genomförs görs antaganden som påverkar vilka resultat som erhålls.

Förankringar av... (More)
I infrastrukturprojekt kan konstruktioner förankras i underliggande berggrund, exempelvis för att undvika att de ska välta. Detta kan göras genom förankring med stålstag. Detta exjobb syftade till att utreda hur långa dessa stag behöver vara i förhållande till hur mycket de kommer att belastas.

En förankring skapas genom att ett stålstag placeras i ett hål som borrats i berget och sedan limmas fast mot berget med hjälp av cementbruk. Man kan sedan dra i detta stag med stor kraft utan att det ger vika.

Innan konstruktioner byggs genomförs beräkningar som bekräftar att konstruktionerna klarar av belastningarna de utsätts för. När dessa beräkningar genomförs görs antaganden som påverkar vilka resultat som erhålls.

Förankringar av stålstag i berggrunden antas kunna gå sönder på olika sätt. Ett sätt de antas kunna gå sönder på är att staget är intakt men att det rycker loss en hel kon av berg. När man i dagsläget i Sverige beräknar hur mycket kraft ett stag kan belastas med antas det att endast vikten av denna kon håller emot belastningen, man tar alltså inte hänsyn till att denna kon sitter fast i berget som omger konen. Detta antagande i beräkningarna leder till att stagen blir längre än de förmodligen behöver vara. När berget ligger under grundvattenytan antas också berget vara lättare än det egentligen är, detta leder också till att stagen kan bli långa. När flera stag är belägna nära varandra antas dessa bergkoner vara ännu mindre, vilket också leder till längre stag. Ökad längd på stagen leder till ökad projektkostnad och materialåtgång.

Examensarbetet syftade till att utreda om det går att beakta att bergkonen sitter fast i omgivande berg, om antagandet om hur grundvattenytan beaktas är logiskt samt hur närliggande stag samverkar. Detta gjordes genom att studera metoder som används i olika länder, samt numeriska beräkningar för utvalda fall.

Resultat: Examensarbetet har visat att det finns sätt att beakta att bergkonen sitter fast i omgivande berg som används i andra länder. Dessa metoder kan tillåta användandet av kortare stag och således leda till minskade kostnader och effektivare projekt. Vidare har undersökningarna också visat att den bergkon som dras loss ofta är större i verkligheten än vad som tillgodoräknas vid beräkningar. Arbetet indikerar även att sättet vi i dagsläget beaktar samverkan av närliggande stag förmodligen också leder till längre stag än nödvändigt. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Dingle, Lucas LU and Grönqvist, Svante LU
supervisor
organization
alternative title
Design for Rock Mass Uplift
course
VGTM01 20241
year
type
H3 - Professional qualifications (4 Years - )
subject
publication/series
TVGT-5000
report number
TVGT-5076
ISSN
0349-4977
language
Swedish
id
9150629
date added to LUP
2024-05-08 15:23:10
date last changed
2024-05-08 15:23:10
@misc{9150629,
  abstract     = {{Rock anchors can be used to handle vertical tensile loads. When rock anchors are subjected to tensile forces there are several different failure modes that should be considered during design. In many projects designing for the failure mode called rock mass uplift leads to long anchorage lengths. Rock mass uplift failure means that the anchor stays intact and a rock cone is formed and lifted out of the surrounding bedrock. Current design guidelines assume that the resisting force is only due to the weight of the displaced cone. The long anchorage lengths lead to inefficient and uneconomical designs. In this thesis a literature review was conducted to investigate if the shear or tensile capacity of the rock mass could be accounted for in design. The current design guidelines for considering the groundwater level and the water's effect on rock mass properties were also investigated. Interaction between rock cones in close proximity to each other with different loads from the anchors was analyzed numerically.

The literature review showed that many full-scale experiments indicate that current design methods lead to overestimation of anchor lengths. Methods used in other countries show that it is possible to account for the tensile or shear resistance of the rock mass. However, these methods are often based on empirical results and not on analytical or numerical rock mechanics analyses. 

The groundwater level affects the effective weight of the rock as well as its mechanical properties. Saturated rock has lower uniaxial compressive and tensile strength than dry rock. With the same water content, samples tend to have higher compressive strength in saturation than during the drying process. How the groundwater level is accounted for in design does not consider the reduction in shear and tensile capacity. However, it may be sufficiently accurate method since the decrease of the weight of the rock mass during design is similar to the decrease in compressive and tensile strength of saturated rock samples that have been tested in laboratories. 

In line with the findings from the literature review, the numerical modeling also indicates that the required anchorage lengths are overestimated using current design guidelines. The results from the numerical modeling also indicate that the current design guidelines for multiple anchors in close proximity to each other are also conservative. Especially when the anchors are subjected to different loads.}},
  author       = {{Dingle, Lucas and Grönqvist, Svante}},
  issn         = {{0349-4977}},
  language     = {{swe}},
  note         = {{Student Paper}},
  series       = {{TVGT-5000}},
  title        = {{Beräkningsmetodik för bergkonsbrott}},
  year         = {{2024}},
}