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Technical Report NTB 90-02

Numerical modelling of the creep behaviour of clays with emphasis on tunnels and underground openings A critical review of the state-of-the-art

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Dieser Bericht behandelt in Form einer interpretierenden Übersicht und kritischen Beurteilung den Wissensstand über numerische Modelle für das Kriechverhalten von Tonen. Diese Übersicht konzentriert sich auf deren Verwendung für unterirdische Öffnungen. Es werden Feld- und Laborbeobachtungen von zeitabhängigem Verhalten, die konstitutive ModelIierung von Kriechverhalten und die numerische Ausführung von konstitutiven Gleichungen behandelt. Es wird eine kritische Beurteilung bezüglich der Möglichkeiten gegeben, auf Grund von existierenden Modellen eine Voraussage über Aspekte des Kriechverhaltens zu geben, welche für die Konstruktion von Endlagern relevant sind, und es werden auch Vorschläge für eine verbesserte Analyse gemacht, die mit vorhandener Technologie entwickelt werden kann.

Beobachtungen von Kriechverhalten im Labor und im Feld werden diskutiert, um einen Hintergrund zu vermitteln, auf Grund dessen die Zulänglichkeit existierender konstitutiver Gleichungen und numerischer Modelle zur Reproduktion von wichtigen Aspekten des Kriechverhaltens in Tonen beurteilt werden kann. Es wird auf den Mangel an Daten bezüglich des Kriechverhaltens während längerer Entwässerung hingewiesen. Hingewiesen wird ausserdem auf den Mangel an aussagekräftigen Daten bezüglich des Kriechverhaltens von zähen Tonen und tonigen Gesteinen, bezüglich Temperatureinflüssen und bezüglich des Kriechverhaltens unter entwässerten Bedingungen unter Belastungszuständen, welche nicht eindimensional sind.

Es werden sowohl die heuristischen als auch die mathematischen Modelle behandelt. Heuristische Modelle vermitteln eine Basis zur Einschätzung der Parameter, welche für die mathematischen Modelle, die auf Kontinuumsmechanik basieren, benötigt werden. Die Kontinuumsmechanik-Modelle werden zur numerischen Analyse benötigt. Es hat sich gezeigt, dass unter Anwendung von iterativen und inkrementalen Analysen, praktisch jegliches viskoses bzw. unviskoses Kontinuumsmechanik-Modell angepasst werden kann, um zeitabhängiges Verhalten zu betrachten.

Die vorhandenen numerischen Modelle zur Analyse von geotechnischen Problemen, welche Kriechverformungen darstellen, werden diskutiert. Es wird auch auf Modelle der thermomechanischen Kopplung hingewiesen. Es werden Fälle angeführt, in denen Kriechverhalten einschliessende Analysen angewandt wurden, um das Verhalten von Prototypen auszuwerten. Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass der Mangel an gut dokumentierten Fallstudien über zeitabhängige Deformationen während einer bedeutenden Zeitspanne als wichtiges Hindernis zur Verifikation der Modelle angesehen werden muss.

Es werden Vorschläge für eine alternative Methodik gemacht, welche eine sehr langfristige mechanische Integrität der Auskleidung garantieren kann.

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