Likimääräismenetelmät kalliomekaanisessa elementtilaskennassa

Kalliotilojen määrä on kasvanut huikeasti viime vuosikymmeninä ja nykypäivän haasteena onkin vastata tarpeeseen rakentaa aiempaa suurempia tiloja. Suurin osa nykyisistä kalliorakennushankkeista mitoitetaan kuitenkin kaksiulotteisten mallinnusohjelmien avulla, koska kolmiulotteiset mallinnusohjelmat ovat toistaiseksi liian hitaita, työläitä ja kalliita. Osa kalliomekaniikan asiantuntijoista on yrittänyt ratkaista tätä ongelmaa kehittelemällä uusia ratkaisumalleja, joilla kaksiulotteisista kalliomekaanisista malleista saataisiin entistäkin parempia ja luotettavampia tuloksia. Nämä teoriat pätevät ainoastaan heikossa kalliossa eikä niitä voi soveltaa hyvän kiven rakentamisessa. Tässä diplomityössä on testattu kolmea likimääräisteoriaa todellisen kalliorakennushankkeen lähtötiedoilla. Ns. "sateenvarjomallin" mukaan pitkät vinosti asennetut porapultit voidaan karkeasti mallintaa siten, että niiden vaikutus huomioidaan kallion lujuutta parantavana tekijänä, ts. pitkien kalliopulttien vaikutusalueella kalliomassan ominaisuuksille annetaan paremmat lähtöparametrit kuin ympäröivälle kalliolle. Toinen menetelmä perustuu puolestaan pehmeän materiaalin käyttöön kaivannossa. Tämä tarkoittaa sitä, että tunnelin mallintamisen alkuparametreja määrittäessä kalliotunnelin sisäpuoleiselle materiaalille annetaan pienempi kimmokertoimen arvo kuin tunnelin ulkopuoliselle kalliomassalle, jolloin malli osaa huomioida tunnelissa tapahtuvat siirtymien määrän sekä ennen varsinaisen lujituksen asentamista että lujituksen asentamisen jälkeen. Kolmannessa menetelmässä pitkät, eteenpäinsuuntautuvat porapultit projisoitiin geometrian sääntöjen mukaisesti tarkastelutasoon. Em. teorioita testattiin todellisen kalliorakennuskohteen lähtöparametreilla (GSI 24 & GSI 40). Kaksiulotteisen laskennan tuloksia (Phase2D) verrattiin kolmiulotteisen laskennan tuloksiin (FLAC3D) ja tämän perustella päädyttiin seuraaviin johtopäätöksiin: 1) sateenvarjomallin käyttö rajoittuu vain tapauksiin, joissa kalliomassan lujuus ja kimmokerroin ovat hyvin pieniä suhteessa käytettävän lujituksen määrään. Malli on tarkoitettu niin heikoille kivilaaduille, ettei sen käyttöä kannata harkita Suomen olosuhteissa, 2) pitkien porapulttien projisoiminen tasoon 2D-avaruudessa tuotti käytännössä katsoen saman tuloksen kuin kolmiulotteinen laskenta ja 3) "pehmeän materiaalin" malleista saatuja tuloksia ei voi pitää realistisina, mutta itse menetelmä vaikuttaa lupaavalta, jos sitä käytetään toisenlaisissa olosuhteissa. Kaiken kaikkiaan tutkimusta voidaan pitää onnistuneena, koska se tarjosi runsaasti uutta tietoa kaksiulotteisesta mallintamisesta