Bergsmodellering

Bergsmodellering är användningen av matematiska och numeriska modeller för att förutsäga beteendet hos bergmassa under laster och geologiska förhållanden. Genom att representera berg, spricknät och vattenflöde kan modeller användas för att bedöma deformation, brottutveckling och stabilitet i geotekniska konstruktioner. Metoden används inom gruvdrift, tunneldrift, bergförstärkningar samt planering av riskreducerande åtgärder.

Metoderna sträcker sig från kontinuerliga modeller, såsom finita elementmetoden (FEM), finita differensmetoden (FDM) och gränselementmetoden (BEM), till diskontinua metoder som discrete element method (DEM). Användningen av olika materialmodeller varierar från elastiska till elasto-plastiska, där Hoek-Brown-kriterier ofta används för bergmassor. Sprickor och vatteninträde behandlas som viktiga indata för att fånga beteenden som reaktion under belastning.

Arbetsflödet börjar med geologisk kartläggning, borrkärnor och in-situ tester för att bestämma bergmassans egenskaper (styrka, E-modul, skjuvmodul, vattengenomsläpp) samt spricknät och vattenförhållanden. Därefter byggs geometri, meshing och laster ges; materialegenskaper tilldelas; gränser sätts; beräkningar körs och resultat kalibreras mot fältobservationer.

Användningsområden inkluderar bedömning av bergförstabilitet i sluttningar och öppna schakt, planering och design av tunnlar och underjordiska anläggningar, damkonstruktioner samt geoteknisk riskbedömning.

Validering sker genom jämförelse med övervakningsdata som inklinometrar, extensometrar och mikroseismik, samt bakanalys av tidigare händelser. Osäkerhet hanteras med känslighetsanalyser och probabilistiska metoder som Monte Carlo-simulering eller Bayesian uppdatering.

Programvara som används inkluderar FLAC3D, FLAC2D, 3DEC, RS2/RS3, Slide och Plaxis, samt allmänna FEM-verktyg som Abaqus eller Ansys. Begränsningar inkluderar förenklingar av bergmassans heterogenitet och spricknät, datakvalitet, kostnader och krav på beräkningsresurser.