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Arbeitsbericht NAB 10-08

Brasilianische Zugversuche an Proben aus Opalinuston bei verschiedenen Wassergehalten

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Beim Auffahren von Tunneln in tonreichen Gesteinsformationen können in den tunnelnahen Gebirgsbereichen ausgedehnte Auflockerungszonen entstehen. Ausschlaggebend für die Entstehung und die zeitliche Entwicklung dieser Auflockerungszonen sind neben den vorherrschenden Gebirgsspannungsverhältnissen vor allem die geomechanischen Eigenschaften des Gebirges (z. B. Zugfestigkeit) und die Ventilationsbedingungen in den Untertagebauwerken. Überkonsolidierte Tonsteine wie der Opalinuston in der Nordschweiz zeichnen sich durch eine ausgeprägte Festigkeitsanisotropie aus, die darüber hinaus auch vom Sättigungszustand des Gesteins abhängt.

Die Studie untersucht die Abhängigkeit der indirekten Zugfestigkeit (Brasilianischer Zugversuch) des Opalinustons vom Sättigungsgrad und von der Belastungsrichtung bezüglich der Schichtung. Hierzu wurden Laborexperimente bei fünf verschiedenen Saugspannungen für zwei Probendurchmesser und für Belastung parallel und senkrecht zur Schichtung durchgeführt. Zusätzlich zur Dokumentation des mechanischen Parameters der indirekten Zugfestigkeit wird die Ultraschallgeschwindigkeit senkrecht zur Rissausbildungsrichtung aufgezeichnet. Eine Stirnfläche wird während der Versuchsdurchführung mit einer Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt um Aussagen über die Abhängigkeit des Risswachstums von den Inhomogenitäten des Materials zu erhalten.

Mit den experimentellen Untersuchungen wird ein Beitrag zum Verständnis der Entstehung und der zeitlichen Entwicklung der Auflockerungszonen geleistet. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die Rissinitiierung (Lokalisierung der Rissentstehung) sowie die Rissausbreitung unter dem Einfluss der Ventilation. Ein wichtiger Materialparameter zur Beschreibung der Rissentstehung ist hierbei die aus Brasilianischen Zugversuchen bestimmte indirekte Zugfestigkeit (parallel und senkrecht zur Schichtung).

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