SSM perspektiv
Bakgrund och syfte
Kunskap om det nuvarande bergspänningsfältet i Forsmark ligger till grund för att karakterisera bergmassans rådande mekaniska och hydrauliska beteende. Endast med en god förståelse för den geomekaniska miljön är en analys av bergmassan framtida hydro-mekaniska beteende möjlig. Baserat på befintliga bergspänningsmätningar har flera modeller tagits fram. Den bergspänningsmodell som ofta används av SKB (Martin, 2007) baseras huvudsakligen på bergspänningsmätningarna ner till 500 m djup med överborrningsmetoden och föreslår en revers förkastningsregim. Dessa mätningar exkluderar tidigare bergspänningsmätningar på förvarsdjup utförda med den hydrauliska spräckningsmetoden och hydraulisk provning av redan existerande sprickor. En alternativ spänningsmodell (Ask et al. 2007) förlitar sig till stor del på de hydrauliska mätningarna och föreslår en strike-slip modell med mindre spänningsmagnituder. En studie av Gipper et al. (2015), som omfattar huvuddelen av bergspänningsmätningarna, föreslår en hybridmodell där reversa spänningsförhållanden övergår till strike-slip med ökat djup. För att få en bättre förståelse av bergspänningssituationen i Forsmarksområdet, och för att få mer förtroende för analyserna. genomfördes en omfattande spänningsmodellering och simuleringsstudie på Forsmarkslinsen med hänsyn till befintliga bergspänningsmätningar och den rumsliga fördelningen av kilometerstora förkastningar.
Resultat
Den numeriska modellen baseras på den rumsliga fördelningen av kilometerstora förkastningar runt det planerade slutförvaret för använt kärnbränsle i Forsmark, bergspänningsmätningar samt bergmassans bergmekaniska egenskaper erhållna från laboratorieexperiment. Svårigheten att modellera förkastningarna rumsliga fördelning i bergmassan och bergspänningsmätningarnas höga variabilitet genererade osäkerheter i den numeriska modellen. Heterogeniteter inom och runt deformationszoner och bergmassan i övrigt kan vara ytterligare källor till osäkerhet som inte beaktats i tillräckligt stor utsträckning vid bergspänningsmätningarna.
Den föreslagna modellen karakteriseras av ett ortotropiskt beteende, där ökningen av Youngs modul med djupet är olika i riktningarna parallella och vinkelräta mot huvudspänningen. Även om de tester som utförts på intakta borrkärnprover inte stöder denna hypotes, kan starkt konvergerande SH- och Sh-gradienter med djup som föreslagits av Martin (2007) inte reproduceras för en helt isotrop bergmassa. Valet motiveras ytterligare av potentiell provtagningsbias, vilket kan förbise i vilken utsträckning spröda strukturers dominerande orientering påverkar bergmassas mekaniska beteende.
I avsaknad av ytterligare spänningsmätningar kan den utförda modelleringen inte avgöra vilken av de föreslagna bergspänningsmodellerna för Forsmark är den mest realistiska representationen av bergspänningsförhållandena i Forsmark.
Slutsatser
Förkastningar kan spela en mindre roll för bergspänningsfältets variabilitet jämfört med den rumsliga variabiliteten i bergmassans egenskaper. Forskning bör därför inriktas på den rumsliga fördelningen av bergmassans egenskaper samt dessas spännvidd. Information som kan ligga till grund en parametrisering av bergmassans mekaniska egenskaper med fördelningsfunktioner snarare än konstanta värden. Ett tillvägagångssätt som har potential att bättre hantera osäkerheterna i de uppmätta bergspänningarna än att försöka approximera homogeniserade gradienter som inte exakt beskriver spridningen av uppmätta värden.
Den utförda modelleringen belyser inverkan av elastiska parametrar på spänningsfältet och visar hur ett antagande om en heterogen Youngs modul och Poissons kvot på ±10 % skulle kunna beskriva variabiliteten för det SKB kallar det mest sannolika spänningsfältet (Martin, 2007). En rumslig fördelningsfunktion av elastiska egenskaper kalibrerade mot bergspänningsmätningarna bedöms därför kunna förbättra bergspänningsmodellen.