Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Uncertainties in Grout Penetrability Measurements; Evaluation and Comparison of Filter pump, Penetrability meter and Short slot
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Soil and Rock Mechanics.ORCID iD: 0000-0002-5394-3868
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Soil and Rock Mechanics.
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Soil and Rock Mechanics.
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Soil and Rock Mechanics.
Show others and affiliations
2017 (English)In: Geotechnical and Geological Engineering, ISSN 0960-3182, E-ISSN 1573-1529Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

To measure grout penetrability in fractured hard rock, various measuring instruments have been developed over the years. Penetrability meter and Filter pump have been designed to use in both the lab and the field. Short slot has been applicable mainly in the lab due to its complexity. The fact, that these instruments have been built based on different assumptions, limitations, and test conditions, makes their results occasionally in contradict. Deficiency in design of the instruments as well as the methods of evaluating grout penetrability is additionally a basis for uncertainty in results. This study is an experimental effort to determine and thoroughly perceive the nature of the most governing uncertainties in grout penetrability measurements. The test apparatus, procedure, and method used to evaluate the grout penetrability in both Penetrability meter and Filter pump were thus modified. The aim was to control the corresponding uncertainties and make their limitations and test conditions as similar as possible with the ones in Short slot. The results suggested that to obtain a more realistic evaluation of the grout penetrability, measurement should be accomplished at both the high and the low pressures with sufficient grout volume using Short slot. Moreover, application of both Filter pump and Penetrability meter is no longer recommended due to the revealed uncertainties.

Place, publisher, year, edition, pages
Springer, 2017.
Keywords [en]
Penetrability, Filtration, Filter pump, Penetrability meter, Short slot, Cement-based grout
National Category
Geotechnical Engineering
Research subject
Civil and Architectural Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-185191DOI: 10.1007/s10706-017-0351-4OAI: oai:DiVA.org:kth-185191DiVA, id: diva2:919072
Funder
Swedish Transport AdministrationSBUF - Sveriges Byggindustriers UtvecklingsfondRock Engineering Research Foundation (BeFo)
Note

QS 2016

Available from: 2016-04-12 Created: 2016-04-12 Last updated: 2017-11-21Bibliographically approved
In thesis
1. An Experimental Study to Measure And Improve the Grout Penetrability
Open this publication in new window or tab >>An Experimental Study to Measure And Improve the Grout Penetrability
2016 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

An essential demand in any underground facility is to seal it against the water ingress to reduce the time and cost of the construction and the corresponding environmental hazards. To achieve this, obtaining sufficient grout spread is of great importance. Among the grouts, cement grouts with lower costs and environmental issues have been more reliable, whereas their main problem is filtration that restricts the grout spread. Several investigations have been therefore aimed to develop instruments to measure the grout penetrability as a fundamental means to improve the grout spread. Due to the difference in assumptions, limitations, and test conditions, and the deficiency in design their results are occasionally in contradiction. The question here is how to measure the grout penetrability more realistic? To answer this, two of the most frequently used instruments, Filter pump and Penetrability meter, were adjusted to approach the test conditions in Short slot. The results were discussed with respect to the origins of contradictions to better evaluate the reliability and functionality of the instruments.

Among the influencing parameters on grout spread, applied pressure is a key element. The stepwise pressure increment is the method currently used to improve the grout spread in rock. Application of dynamic grouting has been studied as a solution to improve the grout spread for almost three decades. Despite some promising results, the method has not been yet industrialized due to the limited efficiency and issues in the type and frequency of the applied pressure, and the geometry of the test equipment. Therefore, finding a more efficient alternative of the applied pressure was the second goal of this study. A pneumatic pressure control system was consequently employed to examine the efficiency of the method in Short slot. The results conclusively revealed the effectiveness of the method and provided a strong basis for further development of the dynamic grouting.

Abstract [sv]

Ett viktigt krav när man bygger under mark är att konstruktionen blir tillräckligt tät, så att inläckage av grundvatten minimeras. Detta minskar både projektkostnaden och eventuell miljöpåverkan. För att skapa en tät konstruktion måste injekteringsbruket spridas tillräckligt i bergmassan. Kemiska injekteringsmedel har ofta bättre spridning i bergmassan än cementbaserade bruk, men cementbaserade bruk är både billigare och ger mindre miljöpåverkan. Det finns dock en del problem med cementbaserade bruk, nämligen att cementpartiklarna filtreras och att brukets reologiska egenskaper begränsar brukets utbredning. Ett antal studier har därför utförts för att studera dessa egenskaper hos cementbaserade bruk och utveckla metoder och instrument för att mäta brukets inträngningsförmåga. Detta i syfte att förbättra brukets utbredning. Dagens metoder och instrument ger nämligen ibland motsägelsefulla resultat på grund av de olika antaganden, begränsningar och förutsättningar som används i de olika testerna. Huvudfrågan är alltså hur man kan mäta brukets inträngningsförmåga på ett mer realistiskt sätt. För att undersöka detta modifierades två vanliga mätinstrument – filterpumpen och filterpressen – för att passa förhållandena i testanordningen Short slot. Resultaten diskuterades med avseende på olika typer av skillnader mellan metoderna i syfte att utröna dels vad som påverkar inträngningsförmågan, dels instrumentens tillförlitlighet och funktionalitet.

Bland de parametrar som påverkar brukets spridning i bergmassan har injekteringstrycket en central roll. I dagsläget används stegvis tryckökning för att förbättra brukets spridning i sprickigt, hårt berg. Hur man kan använda dynamisk injektering för att förbättra brukets spridning har dock undersökts under snart tre decennier. Trots lovande resultat av denna metod ännu inte börjat användas i praktiken. Ett problem är svårigheten att ta försök på labb till fältmässiga förhållanden. Ett exempel är att man använde ett tryck som varierade med hög frekvens i en spricka som modellerades med två parallella skivor utan förträngningar, vilket är mycket annorlunda jämförelse med en riktig bergspricka. I modellen blir nämligen brukets spridning starkt beroende av brukets reologiska egenskaper, medan det snarare är filtrering som är problemet i en naturlig spricka på grund av förträngningarna. Dessutom fokuserade tidigare studier endast på sprickor med en sprickvidd större än 100 μm, trots att god spridning av bruket även i de smala sprickorna med mindre än 70 μm bredd är mycket viktigt när det är höga krav på anläggningens täthet. Ett annat mål med denna licentiatuppsats var därför att hitta nya sätt att förbättra brukets spridning i berget. Därför övervakades trycket med ett pneumatiskt kontrollsystem vid tester i Short slot för att studera hur effektiv denna metod är under mer realistiska förhållanden med förträngningar på mindre än 70 μm. Resultaten visade att metoden är effektiv, vilket utgör en bra bas för att fortsätta utveckla dynamisk injektering.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockhom: KTH Royal Institute of Technology, 2016. p. xii, 66
Series
TRITA-JOB. LIC, ISSN 1650-951X ; 2030
Keywords
Penetrability, Filtration, Erosion, Cement-based grout, Grout spread, Grout penetrability measurement, Dynamic grouting, Instantaneous variable pressure
National Category
Geotechnical Engineering
Research subject
Civil and Architectural Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-184511 (URN)978-91-7595-896-5 (ISBN)
Presentation
2016-05-03, Stora konferensrummet, M108, Brinellvägen 23, KTH Campus, Stockholm, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

QC 20160413

Available from: 2016-04-13 Created: 2016-04-01 Last updated: 2016-04-13Bibliographically approved
2. An Experimental Study to Measure Grout Penetrability, Improve the Grout Spread, and Evaluate the Real Time Grouting Control Theory
Open this publication in new window or tab >>An Experimental Study to Measure Grout Penetrability, Improve the Grout Spread, and Evaluate the Real Time Grouting Control Theory
2017 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Due to the significant influence of the grout penetrability properties on spread of grout in rock fractures, this study aimed to investigate the grout penetrability from four different aspects. In Part (a), after review of all the existing methodologies developed to measure the grout penetrability, Filter-pump and Penetrability-meter were examined against Short-slot to figure out which one is more reliable. The study decisively considered Short-slot more reliable. In part (b), the so-called varying aperture long slot (VALS), an artificial fracture with apertures of 230-10 μm, was developed to study the gout penetrability more realistically. In part (c), a low-frequency rectangular pressure impulse was introduced to improve the grout spread by successive erosion of the produced filter cakes in consecutive cycles. The results showed considerable improvement in experiments using Short-slot. The dissipation of the pressure impulses was then investigated using VALS with noticeable remaining amplitudes after 2.0-2.7 m. In part (d), VALS was once more introduced to examine RTGC theory in a fracture with variable aperture. The study showed a relatively satisfactory agreement between the experimental results and the predictions of the grout propagation using the hydraulic aperture, whereas the predictions using the mean physical aperture showed considerably faster spread.

Abstract [sv]

För att uppnå den täthet som krävs i undermarkskonstruktioner är det nödvändigt att uppnå tillräcklig spridning av bruket vid injekteringen. Cementbaserade injekteringsmedel är vanligast inom injekteringsindustrin, eftersom det har flera fördelar, särskilt från ekonomisk och miljömässig synvinkel. Eftersom inträngningsförmågan kan påverkas betydligt hos injekteringsmedel beroende på vilket bruk man använder, är syftet med denna avhandling att studera: a) Vilka av de befintliga metoder som har utvecklats för att mäta inträngningsförmågan hos injekteringsmedel är tillförlitliga? b) Hur kan man mäta inträngningsförmågan hos injekteringsmedel mer realistiskt? c) Hur kan man förbättra spridningen hos injekteringsmedel med hjälp av dynamiska tryckimpulser? och d) Kan Real Time Grouting Control (RTGC)-teorin användas för att förutse spridningen hos injekteringsmedel i en artificiell spricka med varierande vidd?

I del a) av studien genomfördes en undersökning av alla befintliga metoder som har utvecklats för att mäta inträngningsförmågan hos injekteringsmedel. Därefter genomfördes en jämförelse mellan Filterpumpen, Filterpressen (d.v.s. två av de vanligaste metoderna i svensk injekteringsindustri) och metoden Kort spalt under så lika provförhållanden som möjligt. Studien visade att Kort spalt är tillförlitligare på grund av dess mer realistiska provförhållanden (d.v.s. geometrin, trycket och injekteringsvolymen) och är därmed en bättre utvärderingsmetod.

I del b) utvecklades en så kallad Varying Aperture Long Slot (VALS), en fyra meter lång artificiell spricka med minskande spaltvidder (från 230 till 10 μm), som är en mer realistisk metod för att studera inträngningsförmågan hos injekteringsmedel under statiska/dynamiska tryckförhållanden upp till 20 bar.

I del c) användes en lågfrekvent rektangulär tryckimpuls för att förbättra spridningen hos injekteringsmedlet genom successiv erosion av filterkakor som har byggts vid förträngningar i konsekutiva cykler. Resultaten visade en förbättring på upp till 11 gånger mer volym i mätningar med Kort spalt med 30-43 μm breda spaltvidder. Sedan, spridningen av tryckimpulserna undersöktes längs VALS. Resultaten visade att de återstående amplituderna av tryckimpulser kan vara så stora som 46% respektive 25% av den applicerade amplituden 2,0 m respektive 2,7 m in i sprickan.

I del d) användes VALS igen för att undersöka om RTGC-teorin kan användas för att bedöma spridningen av injekteringsmedel i en konstgjord spricka med variabel spaltvidd. Studien visade en förhållandevis tillfredsställande överensstämmelse mellan försöksresultaten och förutsägelserna av spridningen hos injekteringsmedel när man tog hänsyn till den hydrauliska öppningen. Som jämföreslse gav förutsägelserna baserade på den genomsnittliga fysiska öppningen (felaktigt) en betydligt snabbare spridning. Detta visar att användning av den genomsnittliga fysiska öppningen inte alltid är lämpligt vid tillämpning av RTGC-teori. Beroende på de geometriska förhållandena kan den hydrauliska öppningen ge en mer realistisk förutsägelse av spridningen hos injekteringsmedlet.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2017. p. 62
Series
TRITA-JOB PHD, ISSN 1650-9501 ; 1027
National Category
Geotechnical Engineering
Research subject
Civil and Architectural Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-217906 (URN)978-91-7729-611-9 (ISBN)
Public defence
2018-01-09, Kollegiesalen, Brinellvägen 8, 114 28, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
Swedish Transport AdministrationSBUF - Sveriges Byggindustriers UtvecklingsfondRock Engineering Research Foundation (BeFo)
Note

QC 20171121

Available from: 2017-11-21 Created: 2017-11-19 Last updated: 2017-11-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Other links

Publisher's full text

Authority records BETA

Larsson, Stefan

Search in DiVA

By author/editor
Nejad Ghafar, AliAli Akbar, SamanAl-Naddaf, ManarDraganovic, AlmirLarsson, Stefan
By organisation
Soil and Rock Mechanics
In the same journal
Geotechnical and Geological Engineering
Geotechnical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 116 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf