SUMMARY
Modeling and analysis of cement grouts flow in rock fractures is important in the design, execution and monitoring of grouting in fractured rocks. At present, modeling of rock grouting mainly relies on analytical models, e.g., the real time grouting control (RTGC) method. In the RTGC method, it is assumed that the rock fractures are consisting of smooth parallel plates or disks and water flow is neglected. However, in reality, the natural rock fractures are commonly consisting of complex rough-walled surfaces and are filled with groundwater; therefore, grouting is actually a multiphase (non-Newtonian grouts and groundwater) flow process in rough-walled rock fractures with variable apertures. In this study, we present an efficient one-dimensional (1D) numerical model for modeling of rock grouting in a single rock fracture with consideration of multiphase flow and variable apertures. It is assumed that the cement grouts are Bingham fluids and that the analytical solution for flowrate with a given pressure gradient in a pair of smooth parallel plates is locally applicable. A time-dependent advection equation is used to describe the interface (between the grout and groundwater) propagation. A finite element method (FEM) code is developed to iteratively solve the mass balance and the interface advection equations. The numerical simulations are compared with the RTGC method. It generally shows that water flow significantly affect grouts penetration in the fracture, especially for the grouts with relatively lower viscosity. The variable aperture significantly postpones the penetration process compared with that of constant aperture. This numerical model is able to describe more realistic physical processes and geometry conditions in rock grouting, which can be readily used in practice to reduce the potential uncertainties in application of simplified analytical models.

Svensk titel: INJEKTERINGSMODELLERING AV VATTENFYLLDA BERGSPRICKOR MED VARIERANDE APERTUR
Modellering och analys av cementbaserade injekteringsmedels strömning är viktiga hjälpmedel för design, utförande och uppföljning av injektering i sprickigt berg. Dagens modeller är ofta baserade på förenklade analytiska lösningar, exempelvis de som ingår i ”Real time grouting control (RTGC)” metoden. För att analytiska lösningar skall kunna användas, antas att sprickorna utgörs av släta, plan-parallella skivor och att dessa inte innehåller något vatten. I verkligheten är dock sprickorna råa, vattenfyllda och med komplexa geometrier, vilket medför att cementinjektering i sprickigt berg i strikt mening är en multi-fas process i en varierande geometri. I föreliggande studie, presenteras en en-dimesionell numerisk model för injektering i en enskild spricka, under beaktande av multi-fas strömning med varierande spricköppning. En tidsberoende advektionsfunktion används för att beskriva gränsskiktet mellan injekteringsmedel och vatten och dess förflyttning med tiden. Resultaten visar på en betydande påverkan från sprickornas vatteninnehåll, dels på tryckfördelningen men även på injekteringsmedlets inträngning i sprickorna, särskilt vid låg viskositet. Den varierande spricköppningen gör också att inträngningen blir långsammare i förhållande till fallet med en konstant spricköppning, vilket är förväntat. Den numeriska modellen beskriver förhållandena på ett mer realistiskt sätt, både ur fysikalisk och geometrisk synvinkel, vilket kan utnyttjas i praktiken för att reducera potentiella osäkerheter vid användandet av dagens analytiska metoder.