In-situ- und Labor-Versuche zur Auswirkung spröder Bruchprozesse auf die Wasserfliesswege im Gipskeuper

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: ASTRA2011/006_OBF
• Projekttitel Englisch: In-situ and laboratory investigations related to the influence of brittle failure on groundwater flow path ways

Schlüsselwörter (Deutsch)

Gipskeuper, Sprödbruch, Wasserwegigkeit

Schlüsselwörter (Englisch)

Gipskeuper, brittle failure, groundwater flow

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Es werden zwei Untersuchungsquerschnitte im Drainagestellen Belchen untersucht. Je Untersuchungsquerschnitt werden je 3 Bohrlöcher abgeteuft. Je eine 10 m lange vertikale Bohrung in der Tunnelachse und je zwei 5 m lange geneigte Bohrung im Bereich der Ulmen. Um eine best mögliche Qualität der Bohrkerne zu gewährleisten wird mit Zweifach-Kernbohrtechnik trocken gebohrt (ø Kern 70-80mm). Die Untersuchungsquerschnitte werden so gewählt, dass sowohl Bereiche mit als auch ohne Quellphänomene untersucht werden. Aufgrund von Entlastungsprozessen während der Bohrung und Kernentnahme werden bei geringem Spannungs-Festigkeitsverhältnis erfahrungsgemäss Risse induziert, die oft nicht belastbar von tunnelbauinduzierten oder prä-existenten Rissen zu unterscheiden sind. Durch Befahrung der sorgfältig gereinigten Bohrlöcher mit einem hochauflösenden optischen Televiewer sind in-situ vorhandenen Risse eindeutig zu identifizieren.
An den Bohrkernen werden im Labor detaillierte geologische Aufnahmen sowie systematische Durchschallungsmessungen zur Evaluation der makroskopischen lithologischen Variabilität, etwaiger induzierter Risse sowie mikroskopischer Schädingungen durchgeführt. Zudem werden Dünnschliffe angefertigt und die Kluftfüllungen mineralogisch und strukturgeologisch untersucht.  Mineralogische Untersuchungen mittels Röntgen-Diffraktometrie systematisch durchgeführt.  An weitgehend ungestörten Bohrkernen werden einaxiale und triaxiale Druckversuche durchgeführt. Um spröde Bruchphänomene zu detektieren wird die mikro-akkustsche Aktivität während der Versuche aufgezeichnet.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Two tunnel crosssection in the drainage tunnel Belchen will be investiagtion. In each cross section  3 boreholes will be drilled, one vertical borehole in the centre line of the tunnel, and two inclined boreholes from the sidewalls. Double-tube core barrels and air-cooled bore techniques will be utilized to provide high quality samples (ø core diameter 70-80mm).
Because of drill core relaxation due to the drilling process and sampling, core damage is likely to occur. Related macro-fractures can often not be distinguished from tunneling induced or pre-existing fractures. Therefore, the bore holes will be scanned with a high resolution optical televiewer which provides reliable structural data of in-situ discontinuities.
In the laboratory a detailed petro-physical assessment of the specimens will be conducted utilizing systematic ultrasonic velocity measurements. This analysis provides fundamental information about lithological variability, microscopic and macroscopic damage.  Thin-section analyses and X-ray-diffractometer analyses provides detailed mineralogical and structural information. Undisturbed samples will be used for unconfined and confined compression tests. During all tests the micro-acoustic activity will be monitored.

Projektziele (Deutsch)

Ziel des hier beschriebenen Forschungsvorhabens ist eine detaillierte Untersuchung von Bohrlöchern und Bohrkernen im Drainagestollen Belchen. Die Abklärungen umfassen fundamentale Untersuchungen zu folgenden Fragen:
1) Sind offene effektive Trennflächen im Nahbereich des Tunnels nachweisbar? Sind diese durch spröde Bruchvorgänge entstanden?
2) Bei welcher differentiellen Spannung wird der spröde Bruchprozess im Gipskeuper initialisiert?
3) Welchen Einfluss hat die Heterogenität des Gipskeupers (Gehalt und Verteilung des Anhydrits in der tonigen Matrix) auf den Bruchvorgang?
4) Unterstützen die Kernuntersuchungen einen Zusammenhang zwischen Rissbildung und Vergipsung?

Projektziele (Englisch)

The research project investigates focuses on a detailled analyses of boreholes and cores taken from the drainage tunnel Belchen. The following scientific key questions will be investigated:
1) Can open effective fracture be observed in vicinity of the tunnels? Are these fractures related to brittle failure?
2) At which differential stress will the brittle failure process be initialized?
3) What is the influence of heterogeneities on the failure process?
4) Is the core analyses capable to provide a relationship between fracture development and precipitation of gypsum?

Berichtsnummer (Deutsch)

1422

Berichtsnummer (Englisch)

1422