Kallion rakenteiden reunavyöhykkeen määritys

Transkriptio

1 Työ raportti Kallion rakenteiden reunavyöhykkeen määritys Pirjo Hellä Pauli Saksa Anu Karanko Henry Ahokas.Jorma Nummela Jorma Palmen Lokakuu 2001 POSIVA OY Töölönkatu 4, FIN HELSINKI, FINLAND Tel Fax

2 Työ r a p o r t t i Kallion rakenteiden reunavyöhykkeen määritys Pirjo Hellä Pauli Saksa Anu Karanko Henry Ahokas ~orma Nummela..Jorma Palmen Lokakuu 2001

3 TEKIJÄORGANISAA TIOT: Fintact Oy Hopeatie 1 B Helsinki TILAAJA: Posiva Oy Töölönkatu Helsinki TILAUSNUMEROT: Fintact Oy: 9516/00/AJHja 9680/00/AJH TILAAJAN YHDYSHENKILÖ: tt~u:w~,j'tj) ~' Aimo Ja~ Posiva Oy TEKIJÄORGANISAATIOIDEN YHDYSHENKILÖ: Pauli Saksa Fintact Oy TYÖRAPORTTI KALLION RAKENTEIDEN REUNA VYÖHYKKEEN MÄÄRITYS TEKIJÄT: (J,~~ ~ ~ Pirjo Hellä, Pauli Saksa, Henry Ahokas, Anu Karanko, Jorma Nummela ja Jorma Palmen TARKASTAJA: ~~ Pauli Saksa Fintact Oy fvj<-. ~ :P~kkt:- A~~\h.. - r~~ \:::-"'-"fv-...u..v-'"':1 <:JI

4 Työraportti Kallion rakenteiden reunavyöhykkeen määritys Pirjo Hellä Pauli Saksa Anu Karanko Henry Ahokas.Jorma Nummela Jorma Palmen Fintact Oy Lokakuu 2001 Pesivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

5 Hellä, P., Saksa, P., Karanko, A., Ahokas, H., Nummela, J. & Palmen, J Kallion rakenteiden reunavyöhykkeen määritys. Työraportti Posiva Oy, Helsinki. 76 s. TIIVISTELMÄ Kallioperän rakoilun ja rikkonaisuuden sijainti, suuntaus ja muut ominaisuudet ovat oleellisia tekijöitä suunniteltaessa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitustiloja ja arvioitaessa niiden toimivuutta ja turvallisuutta. Rakenteiden lähialue on tutkittava, koska virtausyhteyksiä kalliotilasta läheisiin rakenteisiin pyritään välttämään. Rakenteiden lähialueen ominaisuudet vaikuttavat myös rakennettavuuteen, esim. lujituksen ja tiivistämisen tarpeeseen. Tutkimuksessa selvitettiin, onko määritettyjen rakenteiden reuna-alueiden poikkeavuus ehjästä kalliosta analysoitavissa ja kehitettiin analyysimenetelmät, joita soveltaen saatiin tulokset valituista testikohteista. Analyysejä varten valittiin Eurajoen Olkiluodon kalliomallista testiä varten sopivat rakenteet, joiden lähialueiden ominaisuuksia verrattiin tilastollisin menetelmin ehjän kiven ominaisuuksiin. Tarkasteltavaksi valittiin rakenteet R17C, R20A, R20B ja R21, jotka kaikki oli havaittu reiästä KR4, kolme ensimmäistä rakennetta reiästä KRlO ja viimeksimainittu myös reiästä KR2. Ehjänkiven vertailuaineistot määritettiin reikien KRl, KR2, KR3, KR4 ja KR1 0 rakennelävistystä vastaavalla syvyydellä olevan kallion rakoaineistoista. Menetelmätestaus tehtiin reiässä KR4 olevia rakenteita R20A ja R20B ympäröivän kallion ominaisuuksiin (±50 m rakenteen keskikohdasta). V ertailtaviksi ominaisuuksiksi olivat ehdolla rakotiheys, rakotyyppi, raon suunta, avauma ja vedenjohtavuus. Näistä valittiin ensisijaisiksi rakoväli (rakotiheys), vettäjohtavien kohtien välimatka (vedenjohtavuus) ja rakoavauma. Näiden parametrien käsittelyyn saatavilla oleva aineisto oli luotettavimmin määriteltävissä ja tilastolliset testit sopivat niiden käsittelyyn parhaiten. Tutkimusmenetelminä käytettiin rakoluvun ja avauman osalta Sign test for median. Testit pyrittiin tekemään erikseen rakenteen katto- ja jalkapuolelle 5 m:n tai 10 m:n välein aineiston määrästä riippuen. Tutkituissa tapauksissa kallio oli rakenteen ulkopuolella pääasiassa ehjään kallioon rinnastettavaa. Havaitut vaikutusetäisyydet ovat pieniä, suurimmillaan 15 m. Kehitetty menetelmä antaa mahdollisuuden analysoida järjestelmällisesti reunavyöhykkeen paksuutta osana kallion mallinnustyötä. Tulokset voidaan hyödyntää kalliotilavuuksien tarpeen arvioinnissa ja tilasuunnittelussa. A vainsanat: Kallio malli, rakenteet, reunavyöhyke, vaikutusetäisyys, menetelmä

6 Hellä, P., Saksa, P., Karanko, A., Ahokas, H., Nummela, J. & Palmen, J Determination of the boundary zone for the structures in bedrock model. W orking Report Posiva Oy, Helsinki. 76 p (in Finnish). ABSTRACT The properties, location and orientation of fracture structures in bedrock are important factors in planning the facilities for fmal disposal of the spent nuclear fuel, and in assessing the functionality and safety of the facilities. Bedrock close to structures needs to be studied, because of flow connections to structures, which are to be avoided in rock facility planning. The quality of the rock near the structures has also an impact on the constructability, mainly support and sealing needs. Analytical methods were created to investigate the boundary zones of determined structures. The methods were tested using data from ehosen structures and bedrock surrounding them. The suitable data was ehosen for the analysis from structures in Olkiluoto, Eurajoki bedrock model. Rock qualities of the boundary zones of the structures and the properties of the intact rock were compared using statistical methods. Structures R17C, R20A, R20B and R21 were ehosen to be investigated in the study. The structures were all present in the borehole KR4, three first ones in the borehole KR1 0 and the last mentioned structure in the borehole KR2. The reference data for the intact rock was collected from the corresponding depths from the boreholes KR1, KR2, KR3, KR4 and KR1 0. In the methodological study, data from structures R20A and R20B in borehole KR4 was compared to the surrounding rock quality (±50 m from the structure). Fracture frequency, fracture type, fracture orientation, fissure aperture and hydraulic conductivity were nominated parameters to the study. Distance between fractures (fracture frequency), distance between hydraulically conductive fractures and aperture were ehosen to be the primary parameters to be analyzed. The data for these parameters was determined most reliably and statistical analysis methods were most applicable to these parameters. As analysis methods, sign test for median was used with distance between fractures and aperture. Tests were applied separately to the footwall and to the hanging wall sides, with 5 or 1 0 meters intervals depending on the data amount. According to the study, the rock near to the structures had the quality of an intact rock in most cases. Observed influence distances were small, 15 meters at the most. This study resulted a methodological tool to assess the size of the boundary zone as part of three dimensional bedrock modeling. The results can be utilized in assessment of volumetric needs and planning of rock facilities. Keywords: Bedrock model, structures, boundary zone, influence distance, method

7 1 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO HAVAINTOAINEISTO TUTKIMUSMENETELMÄT YLE1ST Ä YKSITTÄISTEN OMINAISUUKSIEN TESTAUS Rakotiheys Rakotyyppi ja muut vastaavat ominaisuudet Raon suunta Avauma Vedenjohtavuus KALLIOMASSAN (EHJÄN KIVEN) OMINAISUUDET Rakotiheys ja avauma Vettäjohtavat kohdat ANALYYSIMENETELMÄT JA ESIMERKKEJÄ RAKENNEKOHTAISET TULOKSET REUNAVYÖHYKKEEN MÄÄRITYS RAKENNE R17C Reikä KR Reikä KR RAKENNE R20A Reikä KR Reikä KR RAKENNE R20B Reikä KR Reikä KR RAKENNE R Reikä KR Reikä KR

8 2 5 YHTEENVETO LÄHDEVIITTEET LIITELUETTELO Liite 1 Reikälakien selitykset Liite 2 Reikälaki R17C/OL-KR Liite 3 Reikälaki R17C/OL-KR Liite 4 Reikälaki R20A/OL-KR Liite 5 Reikälaki R20A/OL-KR Liite 6 Reikälaki R20B/OL-KR Liite 7 Reikälaki R20B/OL-KR Liite 8 Reikälaki R21/0L-KR2... 5? Liite 9 Reikälaki R21/0L-KR Liite 10 Rakotiheyden tilastollisten analyysien tulokset Liite 11 Rakoavauman tilastollisen analyysin tulokset Liite 12 R20A reiässä KR4, rakolukuanalyysi Liite 13 R20B reiässä KR4, rakolukuanalyysi Liite 14 Liite 15 Liite 16 Liite 17 Tiheärakoisten kohtien testaus ehjän kallion ominaisuuksiin, rakenne R20A, reikä KR R20A reiässä KR4, rakojen välisen etäisyyden analysointi intervallein ja kumulatiivisin välein R20A reiässä KR4, rakenteen ja ympäröivän kallion vertailu ehjään kiveen rakotyyppien osalta R20B reiässä KR4, rakenteen ja ympäröivän kallion vertailu ehjään kiveen rakotyyppien osalta

9 3 1 JOHDANTO Kallioperän rako- ja rikkonaisuusrakenteiden sijainti ja ominaisuudet ovat oleellisia tekijöitä suunniteltaessa loppusijoitustilojen sijaintia ja arvioitaessa toimintakykyä ja turvallisuutta. Rakenteiden lähialue on osoittautunut merkittäväksi tekijäksi, koska mahdollisia virtausyhteyksiä kalliotilasta läheisiin rakenteisiin pyritään välttämään. Samaten tiloista tehtävää kairausta tunnettujen rakenteiden yhteyteen sijainnin tarkistamiseksi on arvioitu vältettävän. Rakenteiden lähialueen ominaisuudet voivat vaikuttaa myös rakennettavuuteen, esim. lujituksen ja tiivistyksen tarpeeseen (Äikäs et al. 1999). Tilojen alustavissa asemoinneissa on käytetty vaikutus- tai turvaetäisyyttä, joka on yleinen ja vaikuttaa rako- tai rikkonaisuusvyöhykkeen tyypistä riippuen tarvittavien loppusijoitustunnelien kokonaispituuteen ja kapselien sijoituspaikkojen määrään. Rakenteet ovat kallion eri asteisia rako- ja rikkonaisuusvyöhykkeitä. Ne ovat luonteeltaan kaksidimensionaalisia siirroksia ja kappaleita, joilla paksuus on merkittävästi pienempi kuin kulun tai kaadesuunnan suuntainen pituus. Rakenteet ovat aina käytettyihin määrittelyihin sidottuja - rajaus riippuu paksuuden ja ominaisuuksien käytetyistä kynnysarvoista. Määrittelyt vaikuttavat myös ympäröivien muiden kallio-osuuksien arvoihin. Kalliomassaksi tai ehjäksi kallioksi kutsutaan sitä osaa kalliotilavuudesta, joka sijaitsee määriteltyjen rakenteiden ulkopuolella. Tapauksesta riippuen ehjään kallioon sisältyvät ne kohdat, jotka rakenteen määrityksen muuttuessa kuuluisivat rakenteisiin. Samaten voidaan ehjään kallioon lukea joskus ne rakennejaksot, joille kalliomalli ei sisällä geometrista kuvausta. Työn tavoitteena on selvittää, onko määritettyjen rakenteiden reuna-alueiden poikkeavuus ehjästä kalliosta analysoitavissa, kehittää analysointimenetelmät sekä saada tulokset valituista testikohteista. Sivutuotteena ovat arvio ja tietoa siitä onko rakenteiden rajaus ja määritys tehty oikein. Analyysiä voidaan mahdollisesti soveltaa jatkossa osana rakenteiden tulkintaa ja mallinnusta. Kallioperätiedon määrän kasvaessa on jatkuville ja merkittäville rakenteille tarpeellista määrittää tapauskohtaisesti lähialueen vaihtelu sekä geometrian että ominaisuuksien suhteen. Tässä työssä on tarkastelematta reunavyöhykkeen mekaaninen käyttäytyminen, joka kuuluu kalliomekaniikan tutkimuksiin. Sitä koskeva tutkimus on parhaiten tehtävissä loppusijoitussyvyydellä olevista tutkimustiloista. Reunavyöhyke on yksi tekijä rakenteiden välttämisen strategiassa loppusijoitustiloille. Sijainnin tulkintaan vaikuttaa tosin myös muita tekijöitä. Geometrinen vaihtelevuus

10 4 Reunavyöhyke on yksi tekijä rakenteiden välttämisen strategiassa loppusijoitustiloille. Sijainnin tulkintaan vaikuttaa tosin myös muita tekijöitä. Geometrinen vaihtelevuus aiheutuu poikkeamista tasomaisuudesta. Paksuus vaihtelee sisäisten ominaisuuksien vaihtelusta johtuen. Oma aihepiirinsä on tulkinnan tarkkuus ja sen virheet. Tämä riippuu havaintojen määristä, niiden välisistä etäisyyksistä ja havaintojen yhteensopivuudesta. Rakenteiden määritystä, terme ä a t ön ideaa selventää kuva 1-1. Tutkimusreikä havaintoineen... / Kalliomassa --- Tunneli Määritelty rajaus '"--, ,, -- ' tied: rak_vaikutusalue.cv5 Kuva 1-1. Määrittely! ja kuvaus rakenteesta reunavyöhykkeineen.

11 5 2 HAVAINTOAINEISTO Tarkastelun kohteeksi valittiin Olkiluodosta kahdeksan sopivinta rakennelävistystä. Perusteena olivat seuraavat tekijät: tutkittavan rakenteen reikälävistyksen tuli olla muista rakenteista vapaa 50 m etäisyydellä sekä kattopuolella (yläpuoli) että jalkapuolella (alapuoli). Vaatimus ulotettiin kolmiulotteisena lävistyskohtaa ympäröivään tilavuuteen. rakenteista tuli olla havaintoja eri rei'istä. rakenteiden asennon tulkinnan arvioitiin olevan mahdollisimman luotettavan. rakenteista ja niiden ympäriltä tuli olla käytössä rakotietokanta kattavan lähtötiedon käyttämiseksi (Saksa et al. 1997, Karanko et al. 2000). havaintojen tuli olla yli 200 metrin syvyydeltä ja mielellään loppusijoitukseen tarkastellulta metrin syvyysväliltä. Rakennelävistykset ja rakenteiden suunnat ko lävistyksessä on esitetty taulukossa 2-1. Rakenteet ovat rakennemallin version 3.01 mukaiset (Saksa et al. 1998). Yksityiskohtaiset kuvaukset jokaisen rakenteen ja sen lähiympäristön geologiasta, rakoilusta ja vedenjohtavuudesta on esitetty liitteissä 2-9. Kuvien selitykset on esitetty liitteessä 1. Taulukko 2-1. Käsiteltävät rakennelävistykset ja rakenteiden tiedot (Saksa et al ja Äikäs et al ). Rakenne Lävistys Asento Paksuus Ominaisuudet Rakennusja reiät Alku- Loppu- Kaadesuunta 1 (m) Rija Rp tekninen syvyys syvyys kaade (astetta) vaativuus (m) (m) R17C KR IV, 0-2 vaativa KR IV, 0-1 normaali R20A KR / , 0-1 normaali KR II-IV, 0-2 normaali R20B KR , 0 normaali KR , 0-1 normaali R21 KR , 0-1 vaativa KR IV, 0-2 hyvin vaativa

12 6

13 7 3 TUTKIMUSMENETELMÄT 3.1 YLEISTÄ Tutkimuksen tavoitteena oli hakea käyttökelpoiset menetelmät rakenteen reunaalueen eri ominaisuuksien tutkimiseen. Kallio-ominaisuuksia ovat mm. kivilaji, vedenjohtavuus, rakotiheys, rakojen suunnat, rakoavauma, rakotyyppi, rakopinnan muoto ja laatu sekä rakotäyte. Tilastollisin (Milton & Arnold 1995) menetelmin analysoitiin sekä numeerisia että kategorisia aineistoja. Reuna-alueen selvittämiseksi on käytetty kahta menetelmää: 1) rakennetta levennetään ja tutkitaan poikkeavatko sen ominaisuudet edelleen oletuksena olevasta ehjästä kalliosta (rakenteeseen kuuluva kivi on tarkasteltavassa aineistossa mukana), 2) selvitetään poikkeavatko rakenteen lähiympäristön kiven ominaisuudet ehjän kallion ominaisuuksista (rakenteeseen kuuluva kivi ei ole tarkasteltavassa aineistossa mukana). Rakenteen reunavyöhyke on luontevinta määrittää etäisyytenä rakenteen reunasta sen normaalin suunnassa. Tavoitteena on ollut normalisoida havainnot samaan matkaasteikkoon riippumatta kairanreiän ja rakenteen leikkauskulmasta. Siten muuttujana on etäisyys rakenteen normaalin suunnassa. Yksi päärakosuunta on oletettavasti myös rakenteen suuntainen, jolloin sen tiheydessä tapahtuva vaihtelu tulee esiin rakenteen normaalin suunnassa. Ehjän kallion ominaisuuksien jakauma muodostaa oletusjakauman, johon rakennetta ympäröivän kiven ominaisuusjakaumaa verrataan. Ehjän kallion ominaisuusjakauman määrittäminen ei kuitenkaan ole yksiselitteistä. Seuraavat mahdollisuudet ovat olemassa: 1) käytetään kaikkea mahdollista rei' istä olevaa tietoa lukuun ottamatta rakenteita, 2) käytetään käsiteltävän reiän aineistoa lukuun ottamatta rakenteita, 3) käytetään kaikkien reikien tai lähellä olevien reikien käsiteltävälle syvyysvälille osuvaa aineistoa lukuun ottamatta rakenteita tai 4) käytetään ainoastaan käsiteltävän reiän ja käsiteltävän syvyysvälin aineistoa lukuun ottamatta rakenteita. Vertailujakauman tulisi olla määritetty mahdollisimman laajan ja edustavan aineiston pohjalta. Kallio-ominaisuudet vaihtelevat tunnetusti syvyyden perusteella. Esitetyistä vaihtoehdoista 2) on siten kaikkein huonoin, koska aineisto on pieni eikä huomioi

14 8 syvyysriippuvuutta. Vaihtoehdossa 1) aineisto on laaja, mutta syvyysriippuvuutta ei huomioida. Vaihtoehto 3) arvioitiin parhaaksi ja se valittiin työn pohjaksi. Käytännössä voi olla, että paikallista ominaisuuden vaihtelua on niin paljon, että tutkittavan syvyyden ehjäkin kivi poikkeaa vertailuaineistosta. Tämä osoittaa yleisemmin ominaisuuden suurta hajontaa. Jos reuna-alue poikkeaa tilastollisesti selvästi kalliomassasta, voi myös rakenteen reunan määritys olla virheellinen. Erityisesti rakotyyppien ja muun kategorisen datan osalta tämä on todennäköistä. Tällöin voidaan käyttää vertailuaineistona vaihtoehdon 4 mukaista paikallisesti määriteltyä jakaumaa. Perusteluna voidaan todeta, että etsitään nimenomaan paikallisia eroja rakenteen ja sitä ympäröivän kiven välillä. Testausvaiheessa vertailuaineistona käytettiin myös vaihtoehdon 4 lähtötietoja, koska ne on ollut nopea määrittää ja ne riittävät suuntaa-antavien tulosten saamiseen. Raontäytteet, rakojen asento ja määrä sekä rapautuminen ovat riippuvaisia kivilajista. Jos rakenne osuu keskelle paksua kivilajijaksoa, ei ole tarkoituksenmukaista, että rakenteeseen liitetty "ehjä kallio" sisältää aineistoa myös muiden kivilajien rakoilusta. Näin ollen vertailuaineiston määrityksessä voidaan ottaa huomioon myös isäntäkivilaji edellyttäen, että se ei rajoita liiaksi aineiston määrää. Olkiluodon pääkivilajit kiillegneissi, suonigneissi, tonaliitti(gneissi) ja graniittipegmatiitti/graniittigneissi ovat kaikki alueella yleisiä ja ominaisuuksiltaan lähellä toisiaan. 3.2 YKSITTÄISTEN OMINAISUUKSIEN TESTAUS Rakotiheys Aineistoista rakotiheys on selkein käsiteltävä. Rakotiheyttä on analysoitu käyttäen sekä rakolukua metriä kohden, että kahden peräkkäisen raon välistä etäisyyttä. Rakoluku kullekin metrille on määritetty laskemalla etäisyys rakenteen keskikohdasta ja huomioimaila etäisyyden kokonaisosa. Näistä rakoluvuista on laskettu kolmen arvon keskiarvo. Tästä on se hyöty, että päästään eroon kokonaisluvuista ja keinotekoinen jako metrin pätkiin tasoittuu. Pidempää keskiarvon laskentaväliä ei kannata käyttää, koska osa rakenteista on paksuudeltaan vain noin 2 m. Rakoluvun jakaumasta tiedetään, ettei se ole normaalijakautunut, joten täytyy käyttää ei-parametrisiä testejä. Soveltuva on Sign Test for Median, jossa lasketaan havaintojen Xi ja oletusjakauman mediaanin M 0 erotukset (Xi - M 0 ). Jos havaintoaineisto on jakautunut samoin kuin oletusjakauma, puolet erotuksista pitäisi

15 9 olla positiivisia Ja puolet negatiivisia. Erotuksen suuruttaa ei huomioida. Jos voitaisiin olettaa jakauman olevan symmetrinen, voitaisiin käyttää Wilcoxonin ranksummatestiä, joka huomioi myös erotuksen suuruuden. Testihypoteesit ovat: H 0 : M = M 0 rakoluku testiaineistossa sama kuin ehjässä kalliossa H,: M > M 0 rakoluku testiaineistossa suurempi kuin ehjässä kalliossa Yllä M 0 = ehjän kallion rakolukujen mediaani ja M = testiaineiston rakolukujen mediaani. Testisuure Q_ eli negatiivisten erotusten lukumäärä on binomijakautunut, parametreinään n =havaintojen määrä, p = 0.5. Jos negatiivisten erotustenlukumäärä (Q_) on pieni, voidaan oletus H 0 hylätä ja todeta että rakennetta ympäröivän kallion rakoluku on suurempi kuin ehjän kallion. Testin p-arvo, joka on todennäköisyys havaita yhtä suuri tai pienempi arvo kuin Q_, on sitä pienempi mitä varmemmin oletus H 0 voidaan hylätä. Rakojen välinen etäisyys on kahden peräkkäisen raon syvyysero, jossa syvyysarvot on projisoitu rakenteen normaalin suuntaan. Testissä näytettä edustaa rako metrin mittaisen reikäjakson sijasta. Rakojen välinen etäisyys noudattaa Weibullin jakaumaa (Saari et al. 1984). Satunnaisesti jakautuneilla raoilla rakovälit olisivat Poissonjakautuneita (Atkinson 1991). Molemmat jakaumat ovat epäsymmetrisiä, eikä testiaineisto ole normaalijakautunut Niin rakoluvulle kuin rakojen väliselle etäisyydellekin soveltuva testi on Signed Rank Test (Milton & Arnold 1995). Testihypoteesit ovat: rakojen välinen etäisyys sama kuin ehjässä kalliossa, rakojen välinen etäisyys pienempi kuin ehjässä kalliossa, jossa M 0 =ehjän kallion rakojen välisten etäisyyksien mediaani ja M = testiaineiston rakojen välisten etäisyyksien mediaani. Jos positiivisten erotustenlukumäärä (QJ on pieni, voidaan oletus H 0 hylätä ja todeta, että rakojen välinen etäisyys on pienempi kuin ehjän kallion. Testin p-arvo, joka on todennäköisyys havaita yhtä suuri tai pienempi arvo kuin Q+, on sitä pienempi mitä varmemmin oletus H 0 voidaan hylätä.

16 Rakotyyppi ja muut vastaavat ominaisuudet Ehjän kallion rakojen perusteella lasketaan rakotyyppien oletusjakauma. Sen perusteella lasketaan, kuinka monta rakoa kuuluisi kuhunkin luokkaan rakennetta ympäröivässä kalliojaksossa, jos luokat olisivat samoin jakautuneet kuin ehjässä kalliossa. Vertaamalla havaittua jakaumaa oletusjakaumaan voidaan selvittää tilastollinen eroavaisuus. Testihypoteesit ovat H 0 : H,: pi = Pi, i = 1,..., n pi "# Pi, jollekin i = 1,..., n jossa parametri g on havainnon todennäköisyys kuulua luokkaan i ja Pi oletusjakauman mukainen todennäköisyys kuulua luokkaan i, n on luokkien lukumäärä. Oletus H 0 tarkoittaa, että havainnot ovat jakautuneet samoin kuin oletusjakauma. Vastaoletus H, tarkoittaa, että vähintään yhden luokan todennäköisyys on eri. Testisuure X on khiin neliö-jakautunut, vapausasteilla n-1 Ja se määritetään seuraavasti missä Oi on luokkaan i kuuluvien havaintojen lukumäärä ja Ei oletusjakauman mukainen havaintomäärä luokassa i. Oletus H 0 voidaan hylätä, jos todennäköisyys havaita testisuureen suuruinen arvo on pieni ( < ). Luokkajaossa on huomioitava, ettei missään luokassa ole vain yhtä havaintoa ja toisaalta korkeintaan 20 %:ssa luokista voi olla vähemmän kuin viisi havaintoa. Rakopinnan muodon ja laadun käsittely onnistuu vastaavalla tavalla kuin raon tyypin. Rakotäytteitten käsittelyn ongelma on, että täytteet tunnetaan vain varsin pienestä osasta rakoja. Samoin täytteitä yksittäin ei kannata käsitellä, vaan ne täytyy ryhmitellä sopivasti. Ryhmittelyn teko vaatii mineralogista asiantuntemusta. Rakojen ominaisuuksia voidaan tutkia myös yhdessä vastaavalla tekniikalla. Tällöin aineiston jako luokkiin tehdään vain käyttämällä useita muuttujia.

17 Raon suunta Vaikka raon suunta, kaade ja kaadesuunta ovat numeerisia arvoja, niiden käsittelyyn todennäköisesti sopu paremm1n kategorinen lähestymistapa. Kaateen tai kaadesuunnan keskiarvo ei ole kovin edustava suure. Suunnat kannattanee jakaa esimerkiksi alapallolakien avulla luokkiin, esimerkkinä luokat: vallitseva, melko vallitseva ja muut. Näin muodostuneita luokkia verrataan keskenään. Vertailuun sopii sama menetelmä kuin rakotyyppien käsittelyyn Avauma Rakoavauman käsittelyn vaikeutena on tietojen puuttuminen suuresta osasta rakoja. Näin ollen avauman jakauman muoto on epävarma. Rakenteisiin kuuluvien rakojen avaumien oletetaan kuitenkin olevan suurempia kuin ehjän kallion rakojen avaumien. Silloin sopiva tilastollinen testi on sama kuin aiemmin rakotiheydelle esitetty. Testioletus on muodollisesti: avaumat testiaineistossa samat kuin ehjässä kalliossa avaumat testiaineistossa suuremmat kuin ehjässä kalliossa Jossa M 0 = ehjän kallion avaumien mediaani ja M = testiaineiston avaumien mediaani. Testisuure Q_ eli negatiivisten erotusten lukumäärä on binomijakautunut, parametreina n =havaintojen määrä ja p = Vedenjohtavuus Vedenjohtavuuden tulosten käsittelyn haaste on, että useat mittausarvot on mittaustarkkuuden alapuolella. Vedenjohtavuuden (K) logaritmien log(k) voidaan olettaa olevan normaalijakautuneita, jolloin testauksessa voidaan käyttää parametrisiä testejä. Jakauman tunnuslukuja, keskiarvoa ja hajontaa ei voida laskea suoraan mittaustuloksista johtuen mittaustarkkuuden alapuolelle jäävistä arvoista. Parametrit voidaan määrittää kumulatiivisten normal probability plottien avulla. Keskiarvo on se log(k):n arvo, jossa kumulatiivinen jakauma saa arvon 50 %. Hajonta puolestaan saadaan erotuksena siitä log(k):n arvosta, jossa kumulatiivinen jakauma saa arvon 84.6% ja keskiarvosta. Muodollisesti testi on seuraava (Milton & Arnold 1995):

18 12 vedenjohtavuus on sama kuin ehjän kallion vedenjohtavuus on suurempi kuin ehjän kallion jossa ~ on aineiston vedenjohtavuuksien keskiarvo ja ~ 0 ehjän kallion vedenjohtavuuksien keskiarvo määritettynä edellä kuvatulla tavalla. Testisuure X on T"_, jakautunut, n on näytteiden määrä ja se määritetään seuraavasti X = (~- ~ 0 ) 1 (s 1.Yn), missä s on testiaineiston hajonta. Oletus H 0 voidaan hylätä, JOS todennäköisyys havaita testisuureen suuruinen arvo on pieni (alle ). Vedenjohtavuuksien käsittelyä ei ole kokeiltu, koska vertailuaineiston määrittäminen on työlästä ja testausmenetelmä on suoraviivainen. Vedenjohtavuutta voidaan käsitellä myös kuin rakotiheyttä, jolloin selvitetään onko vettäjohtavia kohtia rakenteiden lähialueessa tiheämmässä kuin ehjässä kalliossa. Rajoituksena on vedenjohtavuuden testiaineiston pienuus. Vettäjohtavia kohtia on niin harvassa, ettei rakennekohtaisia tarkasteluja todennäköisesti voida tehdä. Sen sijaan on mahdollista laskea vettäjohtavien kohtien välisen etäisyyden mediaani, keskiarvo- ja keskihajonta erikseen ehjälle kivelle, rakenteiden lähialueelle ja rakenteille ja arvioida niiden perusteella vettäjohtavien kohtien esiintyminen. 3.3 KALLIOMASSAN (EHJÄN KIVEN) OMINAISUUDET Ehjä kallio muodostaa kallion perusmassan johon rakenteita ja niiden reuna-alueita verrataan. Siten sen määrittely perustellulla tavalla ja mahdollisimman virheettömästi on ollut tärkeää. Vertailuaineistot määritettiin reikien KR1, KR2, KR3, KR4 ja KR10 rakennelävistystä vastaavalla syvyydellä olevan kallion rakoaineistoista. Syvyysväli kattoi 100 m sekä rakenteen katto- että jalkapuolelta. Ehjäksi kiveksi katsottiin ne reikäosuudet, jotka eivät kuuluneet mihinkään rakenteeseen ja olivat lisäksi yli 20 metrin päässä rakenteiden reunasta. Rakenteita ovat kaikki kalliomallissa rajatut reikäjaksot Virhelähteenä mallissa on mahdollinen reunavyöhykkeeseen kuuluva kallio, joka on yli 20 metrin päässä reunasta ja joka luetaan silloin ehjän kiven ominaisuuksiin. Ehjän kiven vertailuarvot määritettiin kullekin rakennelävistykselle ja parametrille erikseen. Reiät ja syvyysvälit, joiden perusteella vertailuarvot on määritetty on esitetty taulukossa 3-1.

19 13 Taulukko 3-1. Vertailuaineiston määritykseen käytetyt reiät ja reikäsyvyysvälit kutakin rakennelävistystä kohden. Taulukossa on lisäksi esitetty rakovälin syvyyskorjauskerroin REIKÄ KR1 KR2 KR3 KR4 KR10 Kaade Kaade Kaade Kaade Kaade Kaade Kaade Kaade Kaade Kaade suunta suunta suunta suunta suunta R21-1 OOm + 1 OOm korj. -100m +100m korj. -100m +100m korj. -100m +100m korj. -100m +100m korj. reikä reikä kerroin reikä reikä kerroin reikä reikä kerroin reikä reikä kerroin reikä reikä kerroin KR KR R20A KR KR R208 KR KR R17C KR KR Rakotiheys ja avauma Rakotiheydellä tarkoitetaan tässä kahden peräkkäisen raon välistä etäisyyttä rakenteen normaalin suunnassa. Rakojen välinen etäisyys laskettiin rakotietokannan perusteella. Nämä etäisyydet ovat reikämatkoja ja ne korjattiin rakenteen normaalin suuntaisiksi taulukon 3-1 mukaisilla korjauskertoimilla. A vaumia tarkasteltaessa käytettiin suoraan rakotietokannan arvoja. Taulukossa 3-2 on esitetty rakennelävistyskohtaiset vertailuarvot, jotka ovat ehjälle kivelle laskettuja mediaaneja. Taulukossa on ilmoitettu myös näytemäärä, joka on rakojen lukumäärä (n). Rakojen välinen etäisyys ehjässä kalliossa on keskimäärin hieman yli 0.20 m eli noin 4-5 rakoa metriä kohti. Mediaaniarvot vaihtelevat välillä m. Rakojen avauma tunnetaan vain osasta rakoja. Avaumien mediaaneissa on suurempaa vaihtelua johtuen pienemmistä näytemääristä, arvot ovat välillä mm.

20 14 Taulukko 3-2. Rakojen välisen etäisyyden ja rakoavaumien mediaaniarvot ehjässä kivessä rakenteittain ja havaintokohdittain, med = mediaani, n = näytemäärä. Rakenne Rakotiheys Avauma reikä med (m) n med (mm) n R17C KR KR R20A KR KR R20B KR KR R21 KR KR Vettäjohtavat kohdat Vettäjohtavat kohdat määritettiin yhdistämällä eromittaus-, HTU- ja rakohakutulokset rei'istä KR1 - KR4 ja KR10. Vettäjohtavan kohdan syvyytenä käytettiin rakohaun antamaa syvyyttä, joka on tarkin. Mikäli muissa mittauksissa vettäjohtavaksi kohtaa ei rakohaussa oltu havaittu, käytettiin eromittauksen tai ETU-mittauksen mittausvälin keskisyvyyttä. Esitetyt syvyydet ovat reikäsyvyyksiä. Vettäjohtavia kohtia esiintyy kalliossa niin harvassa, ettei vastaavaa rakennekohtaista tilastollista testausta kuten rakotiheyden ja avauman kohdalla ollut mahdollista suorittaa. Vettäjohtavien kohtien esiintymistiheyden selvittämiseksi laskettiin sekä koko aineistosta että syvyysväleiltä m ja yli 400 m syvyydeltä vettäjohtavien kohtien keskimääräiset etäisyydet ehjässä kalliossa, rakenteiden lähialueella (±20 metrin päässä rakenteen reunoista) ja rakenteissa. Tulokset on esitetty taulukossa 3-3. Taulukon perusteella voidaan sanoa, että vettäjohtavia kohtia on rakenteiden reunaalueella tiheämmässä kuin ehjässä kalliossa yleensä.

21 15 Taulukko 3-3. Vettäjohtavien kohtien esiintymisen tiheys (välimatkat) ehjässä kalliossa, rakenteiden reuna-alueella ja rakenteissa. Ehjä kivi Reuna-alue Rakenteet Koko aineisto Mediaani (m) Keskiarvo (m) Keskihajonta (m) Näytemäärä N Syvyysväli m Mediaani (m) Keskiarvo (m) Keskihajonta (m) N Syvyysväli 400- m Mediaani (m) Keskiarvo (m) Keskihajonta (m) N Lisäksi on huomattavaa erilainen syvyyskäyttäytyminen: rakenteiden reuna-alueella vettäjohtavien kohtien esiintymistiheys ei näytä juurikaan riippuvan syvyydestä, kun ehjässä kivessä vettäjohtavien kohtia on syvemmällä harvemmassa. Ehjässä kivessä vettäjohtavat kohdat näyttävät esiintyvän ryhmissä, joiden välillä on pitkiä välejä, koska mediaani on huomattavasti keskiarvoa pienempi ja keskihajonta on suuri. 3.4 ANALYYSIMENETELMÄT JA ESIMERKKEJÄ Menetelmätestaus tehtiin reiässä KR4 olevia rakenteita R20A ja R20B ympäröivän kallion ominaisuuksiin (±50 m rakenteen keskikohdasta). Perusoletuksena on, että rakenteen rakotiheys ja rakojen ominaisuudet poikkeavat ehjän kallion vastaavista ominaisuuksista. Vertailuaineiston muodostavat ehjän kallion ominaisuudet. Avaumia ja rakotiheyksiä verrattiin kunkin rakennelävistyksen ylä- ja alapuolella viiden metrin (avauman osalta 10 metrin) välein taulukossa 3-2 esitettyihin ehjän kiven arvoihin. Vertailu tehtiin jokaiselle tarkasteluvälille erikseen ja lisäksi kumulatiivisesti etäisyyden kasvaessa aina 30 metriin saakka. Lisäksi tehtiin vertailu välillä 0-50 m rakennetta itseään paloittain leventäen. Vertailutulokset rakotiheyden osalta ovat liitteessä 10 ja avauman osalta liitteessä 11. Tuloksia on käsitelty rakennekohtaisesti jäljempänä.

22 16 Esimerkkeinä tehdystä analysoinnista ovat rakenteet R20A ja R20B ja niiden havaintodata reiästä KR4. Rakoluvulle on analysointi esitetty Liitteissä 12 ja 13. Niiden perusteella kallio rakenteen ympärillä poikkeaa rakolukunsa perusteella ehjästä kalliosta vielä 10 m:n, mutta ei enää 20 m:n päässä rakenteen reunoista, kun rakenne on testiaineistossa mukana. Mikäli tarkasteltava aineisto käsittää vain rakennetta ympäröivän kallion, rakenne ei mukana, 2 m:n päässä rakenteesta oleva kallio ei eroa ehjästä kalliosta. Otos on tässä kuitenkin pieni ( 4 havaintoa) ja ero ehjään kallioon on taas havaittavissa 5 m:n ja 10 m:n päässä rakenteen reunoista. Rakojen välistä etäisyyttä parametrina käyttäen on esimerkki Liitteissä 14 ja 15. Ehjän kallion rakojen välisen etäisyyden arvo (mediaani 0.23 m) on määrittetty ±50 m rakenteen keskikohdan ympärillä olevien kaikkien rakojen, rakenteen raot ovat mukana, perusteella. Syvyydet on korjattu rakenteen normaalin suuntaisiksi. Liitteessä 14 on tuloslokista määrätty kohdat, joissa on normaalia enemmän rakoja (rakoluku >5 kpl/m) ja testattu poikkeavatko nämä välit ehjän kallion arvoista. Välillä -50 m m rakotiheys on suurempi kuin ehjässä kalliossa, muut tutkitut välit rakennetta lukuunottamatta eivät poikkea ehjästä kalliosta. Liitteessä 15 on tutkittu rakenteen lähiympäristöä erikseen rakenteen yläpuolella ja alapuolella 5 m askelin aina 25 m rakenteen reunasta. Eroja ehjään kallioon ei havaittu. Lisäksi on testattu edellisen testin kutakin 5 m:n väliä erikseen. Rakenteen alapuolella 5-10 m päässä rakenteen reunasta rakoilu on tiheämpää kuin ehjässä kalliossa. Muita eroja ehjään kallioon ei havaittu. Rakotyypille on esitetty tulokset Liitteissä 16 ja 17. Rakotyyppijakauman osalta ei kannata sisällyttää rakennetta testiaineistoon. Rakenteen rakojen ominaisuudet dominoivat silloin rakotyyppijakaumaa, eivätkä reunalla olevien rakojen ominaisuudet erotu. Jos testiaineistosta jätetään rakenteeseen kuuluvat raot pois havaitaan, etteivät rakennetta ympäröivän kallion raot poikkea ehjästä kalliosta rakotyyppien jakauman perusteella. Vettäjohtavien kohtien lukumäärä laskettiin vastaavilla syvyysväleillä kuin rakotiheystestit Etäisyyksien mediaani on 5.7 m syvysvälille m ja 4.0 m yli 400 metrin syvyyksille. Reunavyöhykkeen osoitukseksi on valittu vähintään yhden vettäjohtavan raon esiintyminen jokaista 5.0 metrin väliä kohden. Ensisijaisesti analysoitaviksi parametreiksi valittiin rakoväli (rakotiheys), vettäjohtavien kohtien välimatka (vedenjohtavuus) ja rakoavauma. Näitten parametrien käsittelyyn aineisto on luotettavimmin määriteltävissä ja tilastolliset testit sopivat parhaiten. Rakoväliä käytettäessä näytemäärä on suurempi kuin laskettaessa rakolukua per metri -arvoja ja testeistä saadaan luotettavampia.

23 17 Rakoväli (-tiheys) on merkittävä rakennettavuoden kannalta ja kuvaa mahdollisten virtausreittien ja mekaanisten epäjatkuvuuksien kokonaismäärää. Rakoavauma on suuruutta kuvaava mitta sekä tarkasteluvälin kaikkien rakojen arvojen summana että yksittäisenä arvona. Vettäjohtavien kohtien lukumäärä on konkreettinen aktiivisia virtausreittejä osoittava tekijä, joka liittyy sekä rakentamiseen että turvallisuuteen. Rakotyyppiä tarkasteltiin kvalitatiivisesti ja vertailevasti muihin aineistoihin nähden. Oletuksena on ollut, että avoimien, rapautuneiden sekä haarniskapintaisten rakojen osuus kaikista raoista on rakenteen vaikutusalueella kohonnut ympäröivään kallioon nähden ja tiiviiden rakojen osuus matalampi kuin ympäröivässä kalliossa. Eri rakotyyppien osuuksia on verrattu30m tarkasteluvälillä katto- ja jalkapuolelta ehjään kallioon. Tuloksena päädyttiin tekemään testit erikseen rakenteen katto- ja jalkapuolelle 5 m:n tai 10 m:n välein aineiston määrästä riippuen. Ominaisuudet rakenteen eri puolilla voivat poiketa toisistaan, pienempi intervalli taas ei ole aineiston määrän takia järkevä.

24 18

25 19 4 RAKENNEKOHTAISET TULOKSET 4.1 REUNAVYÖHYKKEEN MÄÄRITYS Reunavyöhykkeen määrityksessä on käytetty kolmea keskeisintä kallio-ominaisuutta: rakotiheyttä, rakoavaumaa sekä vettäjohtavien kohtien lukumäärää. Rakotiheydelle ja vettäjohtavien rakojen lukumäärälle käytettiin 5 metrin analyysiväliä. Rakoavaumia arvioitiin 10 metrin intervallein. Esimerkki rakenteen R21 tuloksista reiästä KR2 on esitetty kuvassa 4-1. Rakotiheydelle ja avaumalle on parametrina tilastollisen testin p-arvo (todennäköisyys). Mitä pienempi p-arvo on, sen todennäköisempää on kyseisen välin poikkeaminen ehjästä kalliosta. Jos p-arvo on alle 0.1, on poikkeama ehjästä kivestä tilastollisesti merkittävä ja virheellisen päätelmän riskitaso alle 10 %. Rasteroiduissa palkeissa aineiston koko on pieni. Vettäjohtavien kohtien esiintyminen osoittaa reunavyöhykettä. Kuvassa 4-1 on esitetty anomaaliset jaksot punaisella rajauksella eri parametreille. Jalkapuolelta ei reunavyöhykettä havaita ollenkaan. -30 p p lkm a) rakojen välimatka b) rakojen avauma c) vettäjohtavien kohtien välinen etäisyys Kuva 4-1. Tilastollisten testien tuloskuvat rakenteesta R21 reiässä KR2. Rakojen välimatkan a) ja avauman b) tilastollisen testin todennäköisyysarvot (0 < p < 1) rakenteen ylä- ja alapuolella. Kuvassa c) on esitetty vettäjohtavien kohtien lukumäärä.

26 20 Reunavyöhyke määritetään seuraavien kriteerien avulla: tilastollisesti anomaalisten arvojen tulee alkaa heti rakenteen reunasta. Tämä tarkoittaa, ettei yksittäisiä kohtia analyysijaksolla huomioida. Vähintään yhden tarkasteluparametrin tulee olla anomaalinen ko. välillä (looginen OR) Kuvassa 4-1 on yläpuolella rakotiheydelle reunavyöhyke 15 m paksu, rakojen avaumalle 0 m ja vettäjohtaville kohdille 10 m. Vaikutusetäisyyden määritystarkkuus on laskentatavassa 5 metriä ja arvolle 0 m annetaan vaikutusväliksi 0-5 m. Siten kokonaispaksuus rakenteen R21 yläpuolella on 15 m. Alapuolella kaikkien ominaisuuksien vaikutusalueet ovat 0 metriä ja kokonaispaksuus määritystarkkuuden rajoissa 0-5 metriä. Määritystä voi pitää varovaisena, koska mikä tahansa analysoiduista muuttujista riittää rakenteen vaikutuksen osoittamiseksi. Reunavyöhykkeelle edellytetään yhtenäistä jatkuvuutta rakenteen reunasta lähtien. Tämä voi taas olla reunavyöhykettä aliarvioiva, jos kalliomassassa on voimakasta vaihtelua ja valittu 5 ja 10 metrin intervalli on liian pieni.

27 RAKENNE R17C Reikä KR4 Rakenteen kattopuolella kallio ei rakotiheyden ja avauman perusteella poikkea ehjästä kivestä. Yksi vettäjohtava kohta on havaittu alle 5 metrin etäisyydellä rakenteen reunasta. Rakotyypeissä on kattopuolella avointen rakojen osuus n. 1.5 metrin päähän rakenteen reunasta selvästi kohonnut verrattuna ympäröivään kallioon, tämän yläpuolella ei tarkasteluvälillä esiinny avoimia rakoja lainkaan. Rakenteen jalkapuolella sen sijaan on rakotiheys välillä 0-5 m rakenteen reunasta normaalia suurempi. Etäisyydellä 0-10m esiintyy useita vettäjohtavia kohtia ja myös avaumat ovat tavallista suurempia. Sen lisäksi avaumat etäisyydellä 20-30m rakenteen alapuolella ovat tavallista suurempia, välillä m on yksi vettäjohtava kohta ja myös rakotiheys on siinä kasvanut. Tiiviiden rakojen osuus nousee rakenteen reunasta etäännyttäessä ja saavuttaa ympäröivän kallion tason 20 metrin matkalla. Avoimien rakojen osuus on ympäröivän kallion tasoa paljon suurempi koko tarkasteluvälillä. Tilastollisten testien tulokset ja vettäjohtavien kohtien lukumäärän vaihtelu on esitetty kuvassa 4-2. Määrityssäännön mukaan on rakenteen vaikutusetäisyys kattopuolella 5 metriä ja jalkapuolella 10 m. Reuna-alueen laajuutta kalliomallissa on havainnollistettu kuvassa 4-3. R17C_KR04 Rakotiheys R17C_KR04 Avauma R17C_KR04 Vettäjohtavat kohdat p-arvo g p-arvo lkm g Kuva 4-2. Tilastolliset testit ja vertailuarvot rakenteelle R17C reiässä KR4.

28 22 Y: X: KR4 Y: X: BlockS Z:-500 F i ntoc tl j nu/rc/o Lhl:/rol:_3 31-0CT -2000,.. olh /r1 7 _ i n_kr4 win Kuva 4-3. Rakenteelle R17C määritettyjen reuna-alueiden leikkauksessa pitkin reikää KR4. laajuus kalliomallin Reikä KR10 Tapaukselle on tyypillistä tilastollisen aineiston vähäisyys. Erityisesti rakenteen ulkopuolelta avaumia ei tunneta tarpeeksi testien suorittamiseksi. Rakotiheys ei rakenteen ulkopuolella ole normaalia suurempi. Rakennelävistys on siten selvästi erottuva kapea vyöhyke. Sen ympärillä on kuitenkin vettäjohtavia kohtia alle 10 metrin päässä rakenteen reunasta. Rakotyyppien perusteella ei voida arvioida rakenteen vaikutusetäisyyttä. Jalkapuolella on haarniskarakoja poikkeuksellisen runsaasti noin 10 m etäisyydelle rakenteesta, sen alapuolella ei lainkaan.

29 23 Tulokset on esitetty kuvassa 4-4. Reunavyöhykkeen paksuus on kattopuolella 10 m ja jalkapuolella 0-5 m, jota on havainnollistettu kuvassa 4-5. Rakenne R17C osuu reikäleikkauksessa sivuun reikälävistyksestä ja on lyhyttä lävistystä huomattavasti leveämpi. Poikkeama korjataan seuraavan mallin päivityksen yhteydessä. R17C_KR10 Rakotiheys R17C_KR10 Avauma R17C_KR10 Vettäjohtavat kohdat p-arvo p-arvo lkm g I o Kuva 4-4. Tilastolliset testit ja vertailuarvot rakenteelle R17C reiässä KRJ RAKENNE R20A Reikä KR4 Rakojen avaumat 10 metriin saakka rakenteen yläpuolella ovat suurempia kuin ehjässä kalliossa yleensä. Rakotiheys on ehjän kallion arvoja suurempaa väleillä 5-10m sekä rakenteen ylä- että alapuolella. Vettäjohtavia kohtia esiintyy 10 metrin säteellä rakenteen reunasta sekä sen ylä että alapuolella. Kattopuolella avoimien rakojen osuus pienenee ja tiiviiden rakojen osuus kasvaa etäisyyden rakenteesta kasvaessa. Osuudet eivät kuitenkaan 30 metrin tarkasteluvälillä tavoita ympäröivän kallion tasoa. Jalkapuolella avointen rakojen osuus laskee ja tiiviiden osuus nousee ehjän kiventasolle välillä 0-15 m. Tulokset on esitetty kuvassa 4-6. Reunavyöhykkeelle saadaan kokonaispaksuudeksi sekä katto- että j aikapuolella 10 m.

30 24 KR10 Z: _.. 0-Sm Z:-400 F intoct/ j nu/ r c/olhl:/ro l<_3.01/ 9 e o_2. 01 / Lh k_1 0 / PSI 31-0CT-2000z. ol l</ r17_in_l<r10 win ~ Kuva 4-5. Rakenteelle Rl7C määritettyjen reuna-alueiden laajuus kalliomallin leikkauksessa pitkin reikää KRJ 0. R20A_KR04 Rakotiheys R20A_KR04 Avauma R20A_KR04 Vettäjohtavat kohdat p-arvo p-arvo lkm I ;] E Kuva 4-6. Tilastolliset testit ja vertailuarvot rakenteelle R20A reiässä KR4.

31 Reikä KR10 Rakenteen lähialueelta tunnetaan vain joidenkin rakojen avauma, joten testaus ei anna luotettavia tuloksia näytemäärän vähäisyyden vuoksi. Yksittäisiä suuria avaumia on kuitenkin tavattu välillä m rakenteen kattopuolella ja välillä 0-10 m rakenteen jalkapuolella. Vettäjohtavia kohtia esiintyy välillä 5-10 m rakenteen kattopuolella. Rakotiheys ei ole suurempi kuin ehjässä kalliossa rakenteen kummallakaan puolella. Kattopuolella tiiviiden rakojen osuus kasvaa välillä 0-30 m ympäröivän kallion tasolle. Avointen rakojen osuus on pieni koko tarkasteluvälillä. Tulokset testisuureille on esitetty kuvassa 4-7. Aineiston pieni koko tekee reunavyöhykkeen määrityksen epävarmaksi, kuitenkin sekä katto- että jalkapuolella sen paksuus on välillä 0-5 m. R20A_KR10 Rakotiheys R20A_KR10 Avauma R20A_KR10 Vettäjohtavat kohdat p.arvo p.arvo lkm I o I,;! ~ I o Kuva 4-7. Tilastolliset testit ja vertailuarvot rakenteelle R20A reiässä KRJ RAKENNE R Reikä KR4 Rakenne rajautuu reiässä KR4 selväpiirteisesti, sillä rakenteen ympäristössä rakotiheys ei poikkea merkittävästi ehjän kiven arvoista. Rakenteen jalkapuolella välillä 0-10 m on suuria avaumia. Avointen rakojen osuus laskee 10 ja rapautuneiden rakojen osuus 15 metrin matkalla ympäröivän kallion tasolle.

32 26 Rakenteen kattopuolelta vain muutaman raon avauma tunnetaan. Vettäjohtavia kohtia esiintyy välillä 5-15 m rakenteen yläpuolella. Rakenne rajautuu selvästi myös rakotyypeissä: avoimia rakoja on vähän ja tiiviiden rakojen osuus on suuri reunasta lähtien. Tulokset on esitetty kuvassa 4-8. Reunavyöhykkeen paksuus on 0-5 m molemmin puolin, mitä on havainnollistettu kuvassa 4-9 sekä rakenteelle R20A että R20B. R20B_KR04 Rakotiheys R20B_KR04 Avauma R20B_KR04 Vettäjohtavat kohdat p-arvo p-arv o lkm K o : : Kuva 4-8. Tilastolliset testit ja vertailuarvot rakenteelle R20B reiässä KR Reikä KR10 Tilastollisesti rakoavaumia tunnetaan liian vähän luotettavien testien suorittamiseksi. Rakenne rajautuu selväpiirteisesti, sillä rakenteen ympäristössä rakotiheys ei poikkea merkittävästi ehjän kiven arvoista. Vettäjohtavia kohtia on havaittu välillä 0-10 m rakenteen kattopuolella ja välillä 0-5 m rakenteen jalkapuolella ja ne määrittävät reunavyöhykkeen paksuuden tässä tapauksessa. Täytteisten rakojen osuus laskee 0-15 m välillä ja tiiviiden rakojen osuus nousee välillä 0-10 m ympäröivän kallion tasoon. Tilastolliset testiarvot on esitetty kuvassa Reunavyöhykkeen rajaus kalliomallissa on kuvassa 4-11 rakenteille R20Aja R20B.

33 27 y : ~6~ ~172 Y: X: KR4 : : Z: _:_~;-- z: F intoc t / jnu/rc/olhk/ rol::_3.01 / geo_2. 01 Z: CT-2000:.. o lhl:: in_kr04 win Kuva 4-9. Rakenteille R20A ja R20B määritettyjen reuna-alueiden laajuus kalliomallin leikkauksessa pitkin reikää KR4.

34 28 R20B_KR10 Rakotiheys R20B_KR10 Avauma R20B_KR10 Vettäjohtavat kohdat p-arvo p-arvo lkm :[ ~ ~ Kuva Tilastolliset testit ja vertailuarvot rakenteelle R20B reiässä KRJ 0.

35 29 KR10 Y: X: /MGNI Z:-300 MAT m Z:-350 _in_l:rlo win Kuva Rakenteille R20A ja R20B määritetyt reuna-alueet kalliomallin leikkauksessa pitkin reikää KRJ 0.

36 RAKENNE R Reikä KR2 Rakotiheys on rakenteen kattopuolella tavallista suurempi 0-15 m rakenteen reunasta ja myös välillä m. Avaumat eivät ole millään tarkasteluvälillä rakenteen kattotai jalkapuolella suurempia kuin ehjässä kalliossa. Vettäjohtavia kohtia on havaittu välillä 0-10 m sekä välillä m rakenteen kattopuolella. Kattopuolella tiiviiden rakojen osuus kasvaa ympäröivän kallion tasolle välillä 0-20 m rakenteen reunasta. Rapautuneiden rakojen osuus laskee ja täytteisten rakojen osuus nousee mentäessä kauemmas rakenteesta, mutta kumpikaan ei saavuta ympäröivän kallion tasoa tarkasteluvälillä 0-30m. Rakenteen jalkapuolella poikkeaa väli m selvimmin ehjästä kalliosta rakotiheytensä perusteella. Vettäjohtavia kohtia on välillä m. Täytteisten rakojen osuus laskee ympäröivän kallion tasolle välillä 0-30m. Rapautuneiden rakojen osuus laskee, mutta ei saavuta ympäröivän kallion tasoa. Rakenteessa R21 itsessään on rakotiheys suurempi kuin ehjän kallion, mutta avaumat eivät ole. Tilastolliset testiarvot on esitetty kuvassa Reunavyöhykkeen kokonaispaksuus kattopuolella on 15 m ja jalkapuolella 0-5 m. Tilanteen havainnollistus reikäleikkauksessa on kuvassa Itse rakenne R21 on geometrisesti reikälävistystä ylempänä ja sitä kapeampi. Poikkeamat korjataan seuraavan kalliomallin päivityksen yhteydessä. R21_KR02 Rakotiheys R21_KR02 Avauma R21_KR02 Vettäjohtavat kohdat ~arvo ~arvo lkm I o Kuva Tilastolliset testit ja vertailuarvot rakenteelle R2 1 reiässä KR2.

37 31 Z:-500 Y: X: KR2 y: X: Z:-550 R21 Z:-600 F lntoct/ jnu/l'c/olhk/r-ok_3.01/geo_ '21 in_lcl'2 win Kuva Rakenteelle R21 määritettyjen reuna-alueiden laajuus kalliomallin leikkauksessa pitkin reikää KR Reikä KR4 Rakotiheys rakenteen jalkapuolella on välillä m tavallista suurempi. Rakenteen kattopuolelta tunnetaan vain muutamien rakojen avauma, mutta ne eivät näytä poikkeavan ehjästä kalliosta, myöskään rakenteen alapuolella ei ole tavattu epätavallisen isoja avaumia. Dataa on tilastollisiin testeihin hyvin vähän. Kaksi vettäjohtavaa kohtaa on havaittu rakenteen kattopuolella alle 5 m päässä sen reunasta. Tiiviiden rakojen osuus kasvaa välillä 0-15 m. Avoimia rakoja ei esiinny lainkaan yli 10 m päässä rakenteen kattopuolen reunasta. Rakenteen jalkapuolella tiiviiden rakojen osuus on ympäröivän kallion tasolla rakenteen reunasta saakka. Muiden rakotyyppien osuuksien perusteella ei rakenteen vaikutusalueen ulottuvuutta voida arvioida.testien tulokset on esitetty kuvassa Reunavyöhykkeen kokonaispaksuus on yläpuolella 5 metriä ja alapuolella 0-5 metriä. Sitä kuvaa kalliomallin ote kuvassa Itse rakenne R21 on geometrisesti

38 32 reikälävistyksen alareunassa ja sitä merkittävästi ohuempi. Poikkeamat korjataan seuraavan kalliomallin päivityksen yhteydessä. R21_KR04 Rakotiheys R21_KR04 Avauma R2 1_KR04 Vettäjohtavat kohdat p-arvo E o--5 p-arvo lkm E o Kuva Tilastolliset testit ja vertailuarvot rakenteelle R21 reiässä KR4. KR4 m Z:-750 Kuva Rakenteelle R21 määritettyjen reuna-alueiden laajuus kalliomallin leikkauksessa pitkin reikää KR4.

39 33 5 YHTEENVETO Yhteenvetona voidaan todeta, että rakenteiden määritys ja rajaus on ollut ilmeisen onnistunut. Tutkitoissa tapauksissa kallio oli rakenteen ulkopuolella pääasiassa ehjään kallioon rinnastettavaa. Havaitut vaikutusetäisyydet ovat pien1a, suurimmillaan 15 m. Varsinkin rakenteet R20B ja R21 rajautuvat jalkapuolelta niin terävästi, ettei reunavyöhykettä havaittu ollenkaan. Tulokset vaikutusetäisyyksistä on yhteenvetona taulukossa 5-l. Vettäjohtavat kohdat sijaitsevat pääasiassa alle 10 m päässä rakenteen reunoista. Lähiympäristön ehjästä kalliosta poikkeava rakoilu tai runsaampi vedenjohtavuus voi johtua rakenteen rajaamisen ongelmallisuudesta niissä tapauksissa, joissa poikkeava vyöhyke on kapea. Rakenne olisi todellisuudessa pitänyt määrittää hieman leveämmäksi. Mielenkiintoisia ovat ehjää kalliota tiheämmin rakoilleet välit, jotka ovat selvästi erillään itse rakenteesta. Näitä esiintyy rakenteiden R21 (KR2 ja KR4) ja R20A (KR4), yhteydessä. Rakenteiden R21 (KR2) ja R20A (KR4) kohdalla tiheämmin rakoilleisiin väleihin liittyy myös vettäjohtavia kohtia. Sivutuotteena analysoidut rakenteet erottuivat itsessään rakotiheytensä puolesta ehjästä kalliosta. Myös rakoavauma oli yleensä suurempi rakenteiden raoissa kuin ehjässä kalliossa. Kehitetty menetelmä antaa mahdollisuuden analysoida järjestelmällisesti reunavyöhykkeen paksuutta osana kallion mallinnustyötä. Tulokset voi hyödyntää kalliotilavuuksien tarpeen arvioinnissa ja alustavassa tilasuunnittelussa. Taulukko 5-1. Yhteenveto rakenteiden analysoiduista vaikutusetäisyyksistä. Rakenne Reiät Puoli Vaikutusetäisyys R17C KR4,KR10 Kattopuoli 5 m, 10m R17C KR4,KR10 Jalkapuoli 10m, 0-5 m R20A KR4,KR10 Kattopuoli 10m, 0-5 m R20A KR4,KR10 Jalkapuoli 10m, 0-5 m R20B KR4,KR10 Kattopuoli 0-5 m, 10m R20B KR4,KR10 Jalkapuoli 0-5m, 5m R21 KR2, KR4 Kattopuoli 15m, 5 m R21 KR2,KR4 Jalkapuoli 0-5m, 0-5m

40 34

41 35 LÄHDEVIITTEET Atkinson, B. K Fracture Mechanics of Rock. London, UK, Academic Press Ltd. 2nd paperback edition. 534 s. Academic Press Geology Series. ISBN Milton, J.S. & Arnold, J. C Introduction to Probability and Statistics. Principles and Applications for Engineering and the Computing Sciences. 3rd edition. McGraw-Hill Book Co. Singapore. Saari, K., Holapainen, P., Pirhonen, V., Poikanen, A Kallion hydrauliset ominaisuudet ja niiden mittaus. Helsinki: Voimayhtiöiden ydinjätetoimikunta. Raportti YJT s. + liitteet. Saksa, P., Ahokas, H., Nummela, J. & Lindh, J Kivetyn, Olkiluodon ja Romuvaaran kalliomallit, rakennemallien muutokset v Työraportti Posiva Oy, Helsinki. 50 s. Saksa, P., Hellä, P., Voipio, S., Nummela, J., Hänninen, T., Ahokas, H., Heikkinen, E. ja Lindh, J Olkiluodon syväkallion yksityiskohtainen rakotietokanta Työraportti Posiva Oy, Helsinki. 98 s. + liitteet. Karanko, A., Heikkinen, E. ja Hellä, P Olkiluodon kairanreikien rakotietokannan täydennys. Työraportti Posiva Oy, Helsinki. 362 s. Äikäs, K. (toim.), Hagros, A., Johansson, E., Malmlund, H., Sievänen, U., Tolppanen, A., Ahokas, H., Heikkinen, E., Jääskeläinen, P., Ruotsalainen, P. & Saksa, P Olkiluodon kallioperän luokittelu loppusijoitustilojen rakennettavuuden kannalta. Työraportti Posiva Oy, Helsinki. 145 s.

42 36

43 37 LIITELUETTELO LIITE 1. LIITE 2. LIITE 3. LIITE 4. LIITE 5. LIITE 6. LIITE 7. LIITE 8. LIITE 9. LIITE 10. LIITE 11. LIITE 12. LIITE 13. LIITE 14. LIITE 15. LIITE 16. LIITE 17. Reikälakien selitykset Reikälaki R17C/ OL-KR04 Reikälaki R17C/ OL-KR10 Reikälaki R20N OL-KR04 Reikälaki R20N OL-KR10 Reikälaki R20B/ OL-KR04 Reikälaki R20B/ OL-KR10 Reikälaki R211 OL-KR02 Reikälaki R211 OL-KR04 Rakotiheyden tilastollisten analyysien tulokset Rakoavauman tilastollisten analyysien tulokset R20A reiässä KR4, rakolukuanalyysi R20B reiässä KR4, rakolukuanalyysi Tiheärakoisten kohtien testaus ehjän kallion ominaisuuksiin, rakenne R20A, reikä KR4. R20A reiässä KR4, rakojen välisen etäisyyden analysointi intervallein ja kumulatiivisin välein. R20A reiässä KR4, rakenteen ja ympäröivän kallion vertailu ehjään kiveen rakotyyppien osalta. R20B reiässä KR4, rakenteen ja ympäröivän kallion vertailu ehjään kiveen rakotyyppien osalta.

44 38

45 39 Liite 1 MGN TONGN TON DB AFB/MDB GR/PG MY VGN Olkiluodon kivilajikirjasto (ras) D EJ. D D D D D D Migrnatiittinen kiillegneissi Tonaliittinen sneissi Tonaliitti/granodioriitti Diabaasi Arnfiboliitti/rnetadiabaasi Graniitti/pegrnatiitti Myloniitti(uturninen) Suonigneissi Rakotietokanta c( Tuntematon if Avoin." Tiivis." Täytteinen if Rapautunut ~ AvHaarniska ~ TiHaarniska ~ TäHaarniska ~ RpHaarniska 0 Tuntematon 0 Avoin Tiivis Täytteinen 0 Rapautunut 'V AvHaarniska.. TiHaarniska., TäHaarniska

46 40

47 Reikä: OL-KR04 Rakenne: R17C Liite 2 41 (/) HTU-mittaus ~ - ~ "CO' (/) Virtausero ::;: ;(0 Rakotiheys +-' Raon asento Leikkauskulma Avauma ~ w rakoa/m goo goo oo,. oo 0,6 mm 0\. ~ ~ i ~ [\ 1 /'---../ p /'---../ "" ~ ~ ~ 1 ',/ la 1\_ ~ k> < /'---../ ~ i \ ~ ' fi.. -x- c ~ 1' lt.._ ~ / 1:<'... -* 1~ ' * * p t 1 1.~ <J -~ p /'---../ ~\ Q;:t{ 4llllll J /'---../ Q,.:rr / ~ ~ J /'---../ ~ l' ~ ~ R-- ~ ~ -~ ~ < te f----_ ' a /'---../ /'---../ /'---../ f- -5 ~ h.c kj 1-- R ~ t.< ~ () K> j ~ ~ '>... ~ ~ ~ v ~ ld ~ 1~ 1_ r t ~ 16~ ~ s - H~ ~ p lo.,. /'---../ ~~ Q Ie b' II -,~,. ->d,... /'---../ ( 1 (}-'~._ f- 0 ta c ~~ \~ j ~ ~ P4 ~0 l -~ 11r f- t-- f-..!-1t. ~ (f ~ N ~ L~ fo cs ~ ~ k? f\" ~ 9 lo ~,. V 1 c t-- 1- ~ ~l,..,. ~ tu... 1 ( 1? ~ f--r<t tf\1 f ~ 6. )-~ ~ f- -c._ ~ r; ~.,. /'---../ u c; ~ ~ b}f<p lotf! f- /'---../ 5 - ~ ~ IJ~ ~ = ' f-- - < /'---../ J ~ ~> f-- r- - /'---../ [( f II f /'---../ / 1'-- ~ p 1 ~ 19 lo l9 lo.._ ~VI ~ N f ' ~ /'---../ J 0 1 ' o /'---../ 't5 ~ 1[ ~ 1\ (l 12 ;. /'---../ f ~ /'---../ ~ r- - f- - - ~ :0~ -, ' /'--.../ ~.. ~ ( r /'---../ Ii 4' ::._~ k <>- b... ~ - - ~ h~= t ~ ~~ ~u L,.L y~ ~ ~ JD ~ k:> b<.. f ~ ~ [\_ 1-- f- ';1\ /'---../ p '" '--- """" - - 1! ;, ~

48 42

49 43 Reikä: OL-KR1 0 Rakenne: R17C "CO' ::; Rakotiheys ~ 0 rakoa/m 25 (J) >. >. (J) ;ca +-' Raon asento Leikkauskulma Avauma w oo mm Liite 3 HTU-mittaus Virtausero T <> ~ * b */'--.._/ r R 1~ ; II * r /'---./ J f ( 1 () HHI--H-t

50 44

51 45 Reikä: OL-KR04 Rakenne: R20A Rakotiheys Raon asento Leikkauskulma Avauma 25 Liite 4 HTU-mittaus Virtausero

52 46

53 47 Reikä: OL-KR1 0 Rakenne: R20A - "(if ::;: ~ * ~ * ~ /"--.../ /"--.../ ~ /"--.../ J Rakotiheys 0 rakoa/m 25 _? J */"--.../ /"--.../ /"--.../ ~ /"--.../ /"--.../ /"--.../ /"--.../ ~ b=b L? rro /"--.../ ~ f- ~ 5 - /"--.../ [? f /"--.../~ /"--.../ f Raon asento Leikkauskulma Avauma mm t f- f Liite 5 HTU-mittaus Virtausero ei mitattu r- -Hfl /"--.../ f /"--.../ /"--.../ /"--.../ /"--.../ /"--.../ ~ f I---I--1---I I--J---a~ c-- - -~ t /"--.../ /"--.../ " D 1-- '--

54 48

55 49 Reikä: OL-KR04 Rakenne: R208 Rakotiheys 0 rakoa/m en > en > ~ Raon asento Leikkauskulma Avauma w 25 0 goo ,6 mm Liite 6 HTU-mittaus Virtausero , Ia''' II ~,,

56 50

57 Reikä: OL-KR1 0 Rakenne: R20B Liite 7 51 en HTU-mittaus - >. "(ij' >. en Virtausero :; Rakoti heys ;Cö +-' Raon asento Leikkauskulma Avauma ~ w goo oo goo 0, /'--.../ :::~ /'--.../ 0 rakoa/m 25 oo mm, vv./j l1:1:'l r'/ 1 - :J i? ~ f~ / ~ '~~ ~ ~... ~tm?] '} 1 ~ ~~ /'--.../ ', -f /'--.../ ~,., /'--.../ [~ <l ~ 0 t_" '\ ~ /'--.../ \ ~ ' ~ c ~ / f:x ~... ~ c /'--.../ ~w " fo - \ /-) l& V \ /'--.../ /'--.../ ~ * :::~ /'--.../ * p * ~ */'--.../? ~ i c 0 8 la ld 1 n r'\ -; "! 1 ~ R.c:: t. - 0 ~ s::;~.-..~lr r- - r- 5 - r r r-1 ~~-... ~ 04 ~ - f-- b " 10 ~ - - ~ L-, _ ~~~ B- \ - ~!D -~ r \ i \ \ c.:::: l r /'--.../ J * ~ R!~ /'--.../ [sf n r r r 1\ ~~ ~ ~ 0 ~ cc * h_ /'--.../ h=~- J""" f l\ ~ ~ ~.ll:k ~ ~ :{2 ~ 1S 'ö p "" - '""'. ~..,..,,,.,.: L, ~.,,. : 5 1'? r 1 ~ ~ )~ ~' ~"' - ~ lo: 0 <1 > 16 f. 6 ~ * r [cv ~ p ~ ~ /'--.../ t ~ /'"\ '\_ 'r:'7l ~ )(_ ).., 0-1- ~

58 52

59 53 Reikä: OL-KR02 Rakenne: R21 Rakotiheys Raon asento Leikkauskulma Avauma 25 Liite 8 HTU-mittaus Virtausero

60 54

61 55 Reikä: OL-KR04 Rakenne: R21 Rakotiheys 0 rakoa/m K>~ / LD :r~ Raon asento Leikkauskulma Avauma lo 90 0,6 mm 10 ( Liite 9 HTU-mittaus Virtausero ~~ f- 0 * * l? Y- l ~~ ~~ * ]? tj * t? * r lr- V 1~ -., 1 1