Vorlesung 3 Flashcards
Elemente âmodernerâ empirischer Methoden:
- Gemeinsame Ausrichtung
- Fugenabstand
- Gemeinsame HartnÀckigkeit
- Verbindungsöffnung
- VerbindungsflÀche
- Fugenform
- FugenausfĂŒllung
Skaleneffekte in Felsmassen:
- MaĂstabseffekt
- je gröĂer der Radius, desto gröĂer die TrennflĂ€che
- variierende Bedinungen der Felsmasse abhĂ€ngig vom MaĂstab
- intakt bis stark gebrochen
DiskontinuitÀten:
- Es ist die Existenz von DiskontinuitÀten in einer Felsmasse, die die Gesteinsmechanik zu einem einzigartigen Thema macht
- Das Wort âDiskontinuitĂ€tâ bezeichnet jede Trennung im Gesteinskontinuum mit einer effektiven Zugfestigkeit von Null und wird ohne generische Bedeutung verwendet
- Verbindungen und Fehler sind Arten von DiskontinuitÀten, die auf unterschiedliche Weise gebildet werden
- DiskontinuitÀten wurden durch geologische Ereignisse, zu unterschiedlichen Zeiten und als Folge unterschiedlicher SpannungszustÀnde in das Gestein eingebracht
- Sehr oft kann der Prozess, durch den eine DiskontinuitÀt gebildet wurde, Auswirkungen auf seine geometrischen, hydrologischen und mechanischen Eigenschaften haben
Geologische Faktoren - DiskontinuitÀten & Gesteinsstruktur:
- Durch natĂŒrliche Prozesse kann es vorkommen, dass das Siturock versagt hat und Verbindungen gebildet hat oderâŠ. unter Last/Spannung versagtâŠ
- diese Störungen und Verbindungen bilden schwache Verbindungen in der Gesteinsstruktur
Diskontinuierliches Felsversagen:
- Das Ergebnis des Scheiterns, im Sinne von GesteinsbrĂŒchen, ist die Erzeugung einer geometrischen Struktur (oft sehr komplex) von BrĂŒchen, die Gesteinsblöcke bilden
- Die geometrische Gesamtkonfiguration der DiskontinuitÀten im Gebirge wird als Gesteinsstruktur bezeichnet
- Es ist oft hilfreich, die Art und Weise zu verstehen, wie DiskontinuitÀten entstehen
-
Es gibt drei Möglichkeiten, wie eine Fraktur entstehen kann:
- Zugbruch
- Scherbruch
- Normalscherbruch
DiskontinuitÀten und Gesteinsstruktur:
- In der Praxis wird das Scheitern meist mit DiskontinuitÀten in Verbindung gebracht, die als bereits bestehende SchwÀchungsebenen fungieren
- Einige Beispiele dafĂŒr, wie die DiskontinuitĂ€tsgenese zu unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften fĂŒhrt, sind:
- offene Verbindung, die einen freien Wasserdurchfluss ermöglicht
- stylolitische DiskontinuitÀt mit hoher Scherfestigkeit
- glitschige FehleroberflÀche mit geringem Scherwiderstand
DiskontinuitÀten - Orientierung:
- Wenn wir davon ausgehen, dass eine DiskontinuitÀt ein planares Merkmal ist, dann kann ihre Ausrichtung eindeutig durch zwei Parameter definiert werden:
- Tauchrichtung (α) (oder Schlag und Azimut) und Tauchwinkel (ÎČ)âŠ. oft in grafischer Form dargestellt, um die Visualisierung und technische Analyse zu erleichtern
- Es kann schwierig sein zu unterscheiden, zu welchem Set eine bestimmte DiskontinuitÀt gehört
Eine einzelne DiskontinuitÀt kann der Kontrollfaktor im Gegensatz zu einer Reihe von DiskontinuitÀten sein
DiskontinuitÀten - FrakturintensitÀt:
- Abstand ist der Abstand zwischen benachbarten DiskontinuitÀtsschnitten mit der messenden Scanlinie
- Die Frequenz (d.h. die Anzahl pro Einheitsabstand) ist der Kehrwert des Abstands (d.h. der Mittelwert dieser Schnittdistanzen)
DiskontinuitÀten - FrakturintensitÀt:
- Der Gesamtabstand (xt) ist der Abstand zwischen allen benachbarten DiskontinuitÀten entlang der Mess-Scanlinie
- Der scheinbare Abstand (xa) ist der Abstand zwischen benachbarten DiskontinuitÀten derselben Einstellung entlang der messenden Scanlinie
- Normaler oder wahrer Abstand (xn) ist der Abstand zwischen benachbarten DiskontinuitÀten desselben Satzes entlang einer messenden Scanlinie normal zum Satz
Beziehung zwischen dem mittleren sichtbaren und normalen Abstand fĂŒr eine gegebene DiskontinuitĂ€tssatzkorrektur von BHs
Bezeichnung der GesteinsqualitÀt - RQD:
- Ein wichtiges Merkmal fĂŒr das Engineering ist die GesamtqualitĂ€t des Gebirges
- Aus diesem Grund wurde das Konzept der RQD entwickelt, um die QualitÀt des Gesteins aus Bohrkernen zu quantifizieren
- RQD ist kerndurchmesserabhĂ€ngig⊠normalerweise fĂŒr 56 mm Durchmesser
- Hinweis:
- RQD ist abhÀngig von der Ausrichtung der Bohrung.
RQD-Modell:
- RQD ist orientierungsabhÀngig und kann in verschiedenen Richtungen stark variieren
- z.B. muss das aus einem vertikalen Bohrloch ermittelte RQD nicht unbedingt die gesamte GesteinsqualitÀt eines horizontal ausgerichteten Tunnels widerspiegeln
DiskontinuitÀten - BestÀndigkeit:
- Die Persistenz bezieht sich auf die laterale Ausdehnung einer DiskontinuitĂ€tsebene, âŠ. zwischen FelsbrĂŒcken
- In der Praxis wird die Persistenz durch die eindimensionale Ausdehnung der SpurenlÀngen gemessen, die an FelswÀnden freiliegen
- Dies fĂŒhrt natĂŒrlich zu einer gewissen Verzerrung der Stichproben, die bei der Interpretation der Ergebnisse berĂŒcksichtigt werden muss
DiskontinuitÀten - OberflÀchenbeschaffenheit:
- Die bezeichnet die Abweichung einer DiskontinuitÀtsflÀche von der perfekten PlanaritÀt
- Die geometrische Rauheit hĂ€ngt natĂŒrlich mit verschiedenen mechanischen und hydraulischen Eigenschaften von DiskontinuitĂ€ten zusammen
- Die âRauheitâ von DiskontinuitĂ€ten steht in direktem Zusammenhang mit den Prozessen, die zu ihrer Entstehung fĂŒhren, und mit denen, die im Laufe ihrer Geschichte durchlaufen wurden
- Das Vorhandensein von FĂŒllstoffen und Witterungs-/VerĂ€nderungsprodukten hat einen groĂen Einfluss auf die mechanischen und hydraulischen Eigenschaften von DiskontinuitĂ€ten
DiskontinuitÀten - Blende:
- Die Ăffnung ist der Abstand zwischen benachbarten WĂ€nden einer DiskontinuitĂ€t
- Dieser Parameter hat mechanische und hydraulische Bedeutung, und es wird eine Verteilung der Ăffnungen fĂŒr eine bestimmte DiskontinuitĂ€t und fĂŒr verschiedene DiskontinuitĂ€ten innerhalb derselben Gesteinsmasse erwartet
- Im Allgemeinen ist vom Bohrlochkern aus kein Hinweis auf die Ăffnung möglich
DiskontinuitĂ€ten - WasserfĂŒhrung:
- Die Hauptwasserströmung in Gesteinsmassen erfolgt in der Regel ĂŒber bereits bestehende Frakturen und Schnittpunktfrakturen
- So wird die Untersuchung der Strömung in Gesteinsmassen im Allgemeinen eine Funktion der DiskontinuitÀten, ihrer Vernetzung und der hydrogeologischen Umgebung sein
- Das Vorhandensein von Wasser in DiskontinuitĂ€ten beeinflusst das mechanische Verhalten und begĂŒnstigt die Verwitterung der OberflĂ€chen
Praktische Anwendung der DiskontinuitÀt DataRock Massenklassifizierung und QualitÀtsindizes:
- Gesteinsmassenklassifizierungssysteme ermöglichen es, eine Gesteinsmasse in Zonen zu unterteilen, die auf den fĂŒr die technischen Ziele relevanten Gesteinseigenschaften basieren
- Die meisten empirischen Versagenskriterien fĂŒr Gesteinsmassen und Bemessungsmethoden beruhen auf den Eigenschaften der Gesteinsstruktur
Mechanische Eigenschaften von DiskontinuitÀten:
- Das mechanische Verhalten von DiskontinuitĂ€ten wird im Allgemeinen in Form von Spannungs-Weg-Kurven dargestellt, so dass wir die DiskontinuitĂ€tssteifigkeit (typischerweise ausgedrĂŒckt in Einheiten von MPa/m) und die Festigkeit messen können
- Unter Druck werden die GesteinsoberflĂ€chen allmĂ€hlich zusammengedrĂŒckt, mit einer offensichtlichen Grenze, wenn die beiden OberflĂ€chen geschlossen sind
- In der Spannung können DiskontinuitÀten per Definition keine Belastung ertragen
-
In der Scherung sieht die Spannungs- und Verschiebungskurve wie bei der Kompression von intaktem Gestein aus, auĂer natĂŒrlich, dass das Versagen entlang der DiskontinuitĂ€t lokalisiert ist
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Direkter Scherversuch:
- Die gebrĂ€uchlichste Methode zur PrĂŒfung der Scherfestigkeit und der normalen und Schersteifigkeit von Gelenken ist der direkte Scherversuch
Direkte Scherversuch im Labor:
- Der direkte Scherversuch wird in der Regel im Labor mit einem Scherkasten durchgefĂŒhrt
- Diese PrĂŒfung erfordert, dass die DiskontinuitĂ€tsflĂ€che parallel zur Richtung der aufgebrachten Querkraft ausgerichtet ist
- Dazu werden zwei HĂ€lften der Probe mit einem geeigneten Verkapselungsmaterial (Beton, Gips, Epoxidharz, etc.) im Scherkasten fixiert
- Der direkte Scherversuch wird ĂŒblicherweise im Labor durchgefĂŒhrt, kann aber auch vor Ort insitu durchgefĂŒhrt werden
Direkter Scherversuch:
- Bei direkten Scherversuchen werden sowohl die Scherverschiebung (Ïs) als auch die Normalversetzung (Ïn) zusammen mit der Schubspannung (t) ĂŒberwacht
- Diagramme der Scherspannung versus Scherverschiebung liefern Werte fĂŒr die Spitzen-Scherfestigkeit (tp) (rot), die Restscherfestigkeit (tr) (gelb), die Scherverschiebung bei Spitzenscherfestigkeit (up) (blau) und Schersteifigkeit (ks) (schwarz)
Steifigkeit:
- Trotz der NichtlinearitĂ€ten der Steifigkeitskurven können wir als erste AnnĂ€herung die linearen Darstellungen als knf fĂŒr den Normalfall und ksf fĂŒr den Scherfall betrachten
- Wir können auch die Möglichkeit in Betracht ziehen, dass eine Normalspannung eine Scherverschiebung verursacht kns und dass eine Scherbeanspruchung eine normale Versetzung verursacht ksn
- Diese Steifigkeit hat Einheiten von z.B. MPa/m, da sie die Spannung mit der Verschiebung in Verbindung bringt
Auswirkungen von Normalspannungen:
- FĂŒr sukzessive höhere Werte konstanter Normalspannung (A, B, C, D in in der Abbildung) wird die anfĂ€ngliche Normalverschiebung a, b, c und d sein
- Es kann eine Reihe von Kurven zur Variation von Scherspannung und Dilatanz mit Scherverschiebung bestimmt werden
- Es gibt Auswirkungen der zunehmenden Normalbelastung auf Blendenverschluss, Dilatanz und Schersteifigkeit
Scherfestigkeit:
- Die Festigkeit entlang einer DiskontinuitÀtsoberflÀche wird meist durch Unebenheiten erreicht
- Damit es zu einem Scherversagen kommt, muss sich die DiskontinuitĂ€t entweder erweitern, so dass sich die AsperitĂ€ten gegenseitig ĂŒberbrĂŒcken können, oder durch die AsperitĂ€ten scheren
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