Skalerte hydrauliske splitte- og jekkeforsøk i laboratorium

Det er utført testforsøk av hydraulisk splitting og jekking på bergartsprøver i laboratorie ved NTNU (Norge teknisk naturvitenskapelige universitet). Testforsøkenes hensikt er å sammenlikne metoder for måling av minste hovedspenning for en forenklet ikke-standardisert jekketest. Oppgaven tar sikte på å tilføre grunnlag for effektivisering av spenningsmålinger relatert til design av vannkraftverk, og er tilknyttet forskningssenteret HydroCen. Kapittel 2 ta for seg relevante bergmekaniske prinsipp. I kapittel 3 presenteres de ulike målemetodene for hydraulisk splitting og jekking benyttet i forsøkene. Her vil også det teoretiske grunnlaget for tolkning av spenninger under sprekkelukking bli beskrevet. Kapittel 4 gir en innføring i teori og bruk av akustisk emisjon i kartlegging av mikroseismisk sprekkeaktivitet. Kapittel 5 går igjennom oppsettet for laboratorieforsøk og beskriver de ulike utstyrskomponentene. Testresultatene er presentert i kapittel 6. Fire bergartsprøver i størrelse 30x30x30 cm ble brukt i laboratorieforsøkene for forsøk av hydraulisk splitting og jekking. Bergartsprøvene er av type homogen Iddefjordsgranitt. Sprekkekarakteren av splittede sprekker er kartlagt med bruk av akustisk emisjon (AE), som måler mikroseismisk aktivitet av brudd under sprekkeaktivitet. Sammenlikning av 2D og 3D AE kildeplott mot bilder av prøvestykkene viser at AE hendelser stammer fra sprekkeaktivitet. Kartlegging av sprekkekarakter viser at hydraulisk splitting forekommer hovedsaklig normalt på minste hovedspenning, med noen unntak. Tolkning av sprekkelukking under jekking av sprekk er gjennomført med tre ulike testmetoder; tradisjonell shut-in prosedyre, flowback metoden og stegvis jekkemetode. To tester fra hver metode er presentert. Alle tre metodene er blitt benyttet til å estimere shut-in trykket (Ps). Estimerte Ps har så blitt sammenliknet med beregnede normalspenninger for sprekkene. Resultatene viser ingen sammenheng med vanlig shut-in prosedyre, som antas ugyldig på grunn av vannlekkasje ut av prøvestykkene. Trykkanalyse av flowback metoden viser et mindre avvik på under 0.9 MPa, men det er likevel store forskjeller i resultatet fra eksisterende forskning som tyder på effekt av vannlekkasje. Stegvis jekking har best resultat for estimert Ps, med avvik på 0.1 MPa ved bruk av bilineær tolkning. Metoden viser tydelig åpning og lukking av sprekk i måling av relavtivt vanntap. Aktivitet av akustisk emisjon er blitt sammenliknet med trykk over tid for å påvise mikroseismisk aktivitet under lukking av sprekk. Resultatene viser at det er kun flowbackmetoden som gir en god respons på sprekkelukking fra AE målinger. Injeksjonstrykket ved AE respons er likevel mye lavere enn hva som er forventet for lukking av sprekk. Skjærbrudd i etterkant av sprekkelukking er forklart som årsaken, men dette er ikke blitt validert. AE aktivitet registrert under vanlig shut-in prosedyre og stegvis jekking er svak og tolket som støy. Endring fra treffbasert til hendelsesbasert parametrisering av AE er foresl°att framover for å skille støy fra reell mikroseismisk aktivitet