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Technischer Bericht NTB 88-39

Felslabor Grimsel Gebirgsspannungsuntersuchungen

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Im Projekt «Gebirgsspannungen» wurden Messverfahren für den Einsatz in Bohrungen bis 200 m Tiefe weiterentwickelt und getestet.

Spannungsmessungen erfolgten nach der Bohrlochentlastungsmethode mit BGR-Überbohrweggebern und CSIR-Triaxialzellen und nach der Hydrofrac-Methode. Zur Beurteilung des Gebirgsverformungsverhaltens wurden Bohrlochaufweitungsversuche mit einem BGR-Dilatometer durchgeführt. Zwei Bauarten des BGR-Überbohrweggebers wurden verwandt: eine Vier-Komponenten-Sonde zur Ermittlung horizontaler Spannungen und eine Fünf-Komponenten-Sonde zur quasi-räumlichen Ermittlung des Spannungsfeldes. Erstmalig wurde dabei ein digitales Datenerfassungssystem im Bohrloch verwendet. Ferner wurden Laborversuche zum Spannungs-Verformungsverhalten hohlzylindrischer Prüfkörper durchgeführt. Im Rahmen theoretischer Studien wurden einige Versuche mit Hilfe der Methode der finiten Elemente simuliert, um Messergebnisse zu validieren und interpretieren.

Die Dilatometermessungen ergaben relativ hohe Gebirgssteifigkeitswerte, während im Labor geringere Werte bei ausgeprägter Anisotropie ermittelt wurden. Spannungsmessungen nach dem BGR­Überbohrverfahren ergaben horizontale Gebirgsspannungen, die über dem theoretischen gravitativen Gebirgsdruck liegen. Die Ergebnisse der Hydrofrac-Versuche fügen sich gut in das Gesamtbild des Spannungsfeldes ein, während die Verwendung von CSIR-Triaxialzellen zu vergleichsweise niedrigen Spannungswerten führte.

Durch eine detaillierte geologische Aufnahme der Versuchsbohrung wurden darüber hinaus Zusammenhänge zwischen Gebirgsspannungen und geologischer Struktur nachgewiesen. Dabei konnten bezüglich der Bohrlochtiefe verschiedene Bereiche hinsichtlich Klufthäufigkeit, Kluftrichtung und Mikrorissorientierung sowie Spannungsniveau, Orientierung der maximalen Horizontalspannung und Grad der Verformungsanisotropie identifiziert werden.

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