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Projekt
Untersuchungen zum Versagensmechanismus nicht-persistenter Diskontinuitäten mit Hilfe 3D-gedruckter, synthetischer Gesteinsmassen
Antragsteller
Professor Florian Amann, Ph.D.; Pooya Hamdi, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Geotechnik, Wasserbau
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 463538034
Die mechanischen und hydrogeologischen Eigenschaften sowie der Versagensmechanismus von intaktem Gestein und Klüften werden in der Regel durch Laboruntersuchungen an kleinen Proben bestimmt. Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen sind grundlegend für die Abschätzung der Festigkeitsparameter und die Bewertung des Versagensverhaltens eines Gebirges, welches aus einem komplexen Zusammenspiel zweier Komponenten besteht: intaktes Gestein und räumlich verteilte Klüfte unterschiedlicher Orientierung und Persistenz. Obwohl die einzelnen geomechanischen Eigenschaften dieser grundlegenden Komponenten im Labor gut bestimmt werden können, sind Schätzungen der geomechanischen Eigenschaften auf dem Massstabs eines Gebirges und ihres Versagensverhaltens nach wie vor sehr unsicher.Diese Unsicherheiten hängen vor allem mit der oft begrenzten Persistenz von Klüften und der räumlichen Verteilung intakter Felsbrücken in der Kluft-Ebene oder zwischen einzelnen Klüften zusammen. So wird das Verhalten von nicht persistenten Klüften und Gesteinsmassen mit nicht persistenten Klüften von komplexen Wechselwirkungen dominiert. Die Interpretation von Laboruntersuchungen an Gesteinsproben, die nicht persistente Klüfte enthalten, ist mit zwei große Herausforderungen verknüpft: 1) Es ist sehr schwierig, die Persistenz von natürlichen Klüften oder die räumliche Verteilung von Felsbrücken belastbar zu charakterisieren, und 2) die natürliche Variabilität der geomechanischen Eigenschaften von intaktem Gestein ist sehr hoch. Infolgedessen ist es äußerst schwierig, den Einfluss räumlich verteilter, nicht persistenter Klüften auf die Festigkeit und das Versagensverhalten des Gebirges ausreichend zu quantifizieren.In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf das Verständnis der Festigkeit, der Verformungseigenschaften und des Versagensmechanismus von nicht persistenten Klüften und Gesteinsmassen, die nicht persistente Klüfte enthalten. Um die beiden oben genannten Einschränkungen zu umgehen, verwenden wir 3D-gedruckte "synthetische" Sandsteinproben, die sich wie spröde Gesteine verhalten. Sowohl die Gesteinsfestigkeit als auch die räumliche Verteilung der Klüfte können mit dem 3D-Drucker präzise entworfen und in 3D gedruckt werden. Der Ansatz erfordert den Nachweis, dass 1) sich das bedruckte, synthetische, intakte Gestein wie ein natürliches, sprödes Gestein verhält, 2) völlig durchtrennte Klüfte eine ähnliche Festigkeit aufweisen wie natürliche Klüfte und 3) verschiedene Konfigurationen vorher definierter Gesteinsbrückenverteilungen systematisch getestet werden müssen. Der Hauptvorteil der vorgeschlagenen Methode besteht darin, dass sie es ermöglicht, "wiederholbare" Laboruntersuchungen an Proben bei gleichen physikalischen Bedingungen durchzuführen und so die Unsicherheiten zu verringern. Das Hauptergebnis des vorgeschlagenen Ansatzes ist die Verbesserung des aktuellen Verständnisses der Festigkeit und des Versagensmechanismen eines Gebirges mit nicht persistenten Verbindungen.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
Kanada
