Excavation damage zones, fracture mechanics simulation and in situ strength of migmatitic gneiss and pegmatitic granite at the nuclear waste disposal site in Olkiluoto, Western Finland

Suomessa ja Ruotsissa geologinen ydinjätteenloppusijoitus etenee toteutusvaiheeseen noin kymmenen vuoden sisällä. Loppusijoituskonseptissa tieto in situ jännityksistä, louhinnan vauriovyöhykkeestä (EDZ), kalliomassan lujuudesta, hydraulisesta johtavuudesta ja muista kalliomassan ominaisuuksista on oleellista pitkäaikaisturvallisuuden kannalta. Tässä työssä louhinnan vauriovyöhykettä, kiven lujuutta ja kiven vauriomekanismeja on tutkittu Länsi-Suomessa Posivan kallion karakterisointiluolassa ONKALOssa Olkiluodossa. Kokeiden osana on suoritettu myös ennuste–tulosvertailu ennustekapasiteetin testaamiseksi. In situ -kokeiden aikana on kehitetty ja testattu anisotrooppisen kiven rakomekaanista mallinnusta. ONKALOssa ja Äspön kalliolaboratoriossa tehdyt maatutkaukset ja havainnot osoittavat, että louhintavauriovyöhyke voidaan erottaa rakentamisesta aiheutuvaksi vauriovyöhykkeeksi (EDZCI) sekä jännityksistä aiheutuvaksi vauriovyöhykkeeksi (EDZSI). EDZCI aiheutuu räjäytyksestä tai mekaanisesta louhinnasta ja esiintyy yleensä koko tunnelin ympärillä, kun taas (EDZSI) aiheutuu louhinnan aiheuttamista välittömistä seuraamuksista ja on havaittavissa pääasiassa paikoissa, missä esiintyy jännityshuippuja tai vetojännityksiä. Vuosien kokemus ja tutkimus ONKALOn kiven lujuudesta ja suoritettu POSE-koe (Posiva's Olkiluoto Spalling Experiment) osoittavat, että kalliomassan vaurioitumista hallitsee rakojen kasvu litologisilla rajapinnoilla. Väitöskirjassa esitetään kaksitahoista vauriokriteeriä: kallio-massan vaurioitumisraja, 40 MPa, ja kalliomassan lujuus, 90 MPa. Verrattaessa kokeen ennus-teita ja tuloksia, rakomekaniikka ennustaa rakojen kasvun realistisesti kalliomassassa, mutta kokeet paljastavat ennustamattoman käyttäytymisen. POSE-kokeen tulosten perusteella uudeksi kalliomassan vauriomekanismiksi on tunnistettu rakenteiden kontrolloima vaurio. Väitöskirjassa tarkasteltiin sekä vaaka- että pystysuuntaisen loppusijoituskonseptin soveltuvuutta ydinjätteen loppusijoitukseen. In situ -kokeisiin ja suoritettuihin mallinnuksiin perustuen termisellä kaudella vaakaloppusijoituskonsepti voi kärsiä uusien rakojen syntymisestä louhinnan jälkeen, mutta kummankaan loppusijoituskonseptin ei odoteta kärsivän merkittävää kalliomassan vaurioitumista. Pystysuuntainen loppusijoituskonsepti ei ole erityisen herkkä tunnelin suunnalle, mikäli tunnelin suunta on korkeintaan 30 astetta suurimman pääjännityskomponentin suunnasta. Väitöskirjan perusteella kallion vauriot Olkiluodossa ovat kohtuullisia ja kalliomekaanisesti sijoituspaikka soveltuu hyvin ydinjätteen loppusijoitukseen.