Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung.

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1 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Baugrunderkundung Beispiel:

2 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Schürfe / Schürfschlitze Geeignet, wenn der unverwitterte Fels nicht zu tief ansteht und das Sickerwasser beherrschbar ist.

3 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Bohrungen Kernbohrungen (Rotationskernbohrungen): Regelfall a)Bohrung, Fixierung des Bohrkerns durch Kernfänger am Innerrohr b)Abbrechen des Bohrkerns durch Ziehen des Außenrohrs a)b)

4 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Bohrungen Gewöhnliche Bohrkerne lassen nur Aussagen über Fallwinkel und Abstände der Trennflächen zu, mit orientierten Kernen kann auch der Streichwinkel be- stimmt werden: a)Herstellung des orientierten Kerns b)Streich- und Fallwinkel des Kerns c)Messung des Fallwinkels d)Messung des Streichwinkels a) b) c) d)

5 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Bohrungen Durch Gewinnung ungestörter Proben kann die Ermittlung von Abstand und Öffnungsweite der Trennflächen, das Erkennen von Füllungen und Störungen verbessert werden. Maßgeblich für die Zuverlässigkeit der ermittelten Raumstellung der Trennflächen ist die Richtungsstabilität der Bohrlöcher (Kontrolle durch Inklinometer) a) Unterschätzung bei < 45°b) Überschätzung bei > 45° tatsächliche Verhältnisse tatsächliche Verhältnisse Fehlinterpretation

6 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Erkundungsstollen und Schächte im Hohlraumbau, insbesondere wenn sehr tief und großdimensioniert werden häufig oberhalb des geplanten Bauwerks angelegt, um auch Querschläge herstellen zu können, ohne in die geplante Trasse hineinzuragen bzw. den Bereich neben der geplanten Trasse bereits im Vorfeld zu schwächen weitreichende Erkundigungsmöglichkeiten, nicht nur punktuelle Zustandsermittlung wie bei Bohrungen Erstreckung der Trennflächen kann beobachtet werden Durchführung felsmechanischer Versuche und Messungen möglich

7 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Erkundungsstollen und Schächte Beispiel:

8 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Vorschriften zum Versuchswesen Empfehlungen des AK 3.3 Versuchstechnik Fels der DGGT: Nr. 1-3Druckversuche an Gesteinsproben und Großkernbohrungen, 1979/2004 Nr. 4Scherversuch in situ, 1980 Nr. 5Punktlastversuche an Gesteinsproben, 1982 Nr. 6Doppel-Lastplattenversuch in Fels, 1985 Nr. 7Schlitzentlastungs- und Druckkissenbelastungsversuch, 1984 Nr. 8-9Dilatometer- und Wasserdruckversuch in Fels, 1984 Nr. 10Indirekter Zugversuch an Gesteinsproben – Spaltzugversuch, 1985 Nr. 11Quellversuche an Gesteinsproben, 1986 Nr. 12Mehrstufentechnik bei dreiaxialen Druckversuchen und direkten Scherversuchen, 1987 Nr. 13Laborscherversuch an Felstrennflächen, 1988 Nr. 14 Überbohr-Entlastungsversuche zur Bestimmung von Gebirgsspannungen, 1990 Nr. 15Verschiebungsmessungen längs der Bohrachse (Extensometermessungen), 1991 Nr. 16Ein- und dreiaxialer Kriechversuche an Gesteinsproben, 1994 Nr. 17Einaxialer Relaxationsversuche Gesteinsproben, 1994 Nr. 18Konvergenz- und Lagemessungen, 1996

9 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Vorschriften zum Versuchswesen Bbl. E DIN 4020 (2002), Tab. 8: Laborversuche an Gestein Versuchsart Probe nach DIN 4022/2 Ausführung nachKenngrößenAnwendung Einaxialer Druckversuch A DGGT, Empfeh- lung Nr. 1 des AK 19 Einaxiale Druckfestigkeit, Elastizitätsmodul des Gesteins, Querdehnzahl, Kriechverhalten Felsmechanische Be- rechnungen,Bohrbarkeit, Lösbarkeit, Eignung als Baustoff, Pfahlbemes- sung Dreiaxialer Druckversuch A DGGT, Empfeh- lung Nr. 5 des AK 19 Scherfestigkeit entlang definierter Scherflächen Felsmechanische Berechnungen Spalt- Zugversuch A DGGT, Empfeh- lung Nr. 10 des AK 19 Gesteinzugfestigkeit Lösbarkeit, Eignung als Baustoff, felsmecha- nische Berechnungen Scher- und Kompres- sionsversuch A DGGT, Empfeh- lung Nr. 5 des AK 19 Scherfestigkeit entlang definierter Scherflächen Felsmechanische Berechnungen

10 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Vorschriften zum Versuchswesen Versuchsart Probe nach DIN 4022/2 Ausführung nachKenngrößenAnwendung Punktlast- versuch A bis C DGGT, Empfeh- lung Nr. 5 des AK 19 Punktlastindex (Festigkeit) Korrelationsgrundlage für Gesteinsfestigkeit, Bohr- barkeit, Lösbarkeit, Eignung als Baustoff Dichtebe- stimmung A bis CDIN 18125 Teil 1DichteFelsmechanische Berechnungen Porositätsbe- stimmung A bis CDIN 18125 Teil 1Porenanteil Sohlwasserdruck bei Talsperren, Speicher- vermögen Wasserge- haltsbestim- mung A bis CDIN 18121 Teil 1WassergehaltKlassifikationsmerkmal Quell- und Schrumpf- versuch A DGGT, Empfeh- lung Nr. 11 des AK 19 Quelleigenschaften Schrumpfverhalten Gründungen, Hohlraum- bau, Baustoffbeurteilung Wasserauf- nahmever- such ADIN 52106WasseraufnahmeBaustoffbeurteilung Bbl. E DIN 4020 (2002), Tab. 8: Laborversuche an Gestein (Fortsetzung)

11 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Vorschriften zum Versuchswesen Versuchsart Probe nach DIN 4022/2 Ausführung nach KenngrößenAnwendung Veränderlich- keit im WasserADIN 4022 Teil 1 Grad der Veränderlichkeit Gründungen, Hohlraumbau Verwitterungs- beständigkeits- Versuch A bis CDIN 52106Zerfallszahl Standsicherheit, Baustoffbeurteilung Frostwechsel- versuch A bis CDIN 52106Zerfallszahl, Risse, Volumenänderung Standsicherheit, Baustoffbeurteilung Ultraschall- messversuchA bis C--- richtungsabhängige Wel- lengeschwindigkeit, rich- tungs- und wellenabhän- gige dynamische Moduln (E- und Schubmodul) Korrelationsgrundlage für Festigkeit und Dichte, Anisotropie Resonanzsäu- lenversuch A---Dynamischer Schub- oder E-Modul, Dämpfung Dynamische Berechnungen Mineralogische Bestimmung A bis C---Benennungen der Mineralanteile Gesteinsname, Korrelationsgrundlage Bbl. E DIN 4020 (2002), Tab. 8: Laborversuche an Gestein (Fortsetzung)

12 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Vorschriften zum Versuchswesen VersuchsartAusführung nachKenngrößen Versuchs- bereich Anwendung Doppel-Last- Plattendruckversuch (Stempel- druckversuch) DGGT, Empfehlung Nr. 6 des AK 19 Verformungs- modul Stollen, Schächte, Kavernen, Gelände- oberflächen Gründungen, Felshohlraumbau, Talsperrenbau Schlitz-Entlastungs- Belastungsversuch (Druckkissenversuch) DGGT, Empfehlung Nr. 7 des AK 19 Verformungs- modul, Primär- spannungskom- ponente Böschungsbau, Felshohlraumbau Scherversuch DGGT, Empfehlung Nr. 4 des AK 19 Scherwiderstan d Scherparameter Böschungsbau, Felshohlraumbau, Talsperrenbau Dreiaxialversuch 1 ) DGGT, Empfehlung Nr. 3 des AK 19 Scherparameter, Verformungs- modul 2 ) (Anisotropie) Felshohlraumbau, Talsperrenbau, Böschungsbau Radialpressenversuch--- Verformungs- modul 2 ) (Anisotropie) Stollen, Schächte Felshohlraumbau, besonders bei Druckstollenbau, Druckschachtbau Bbl. E DIN 4020 (2002), Tab. 10: Feldversuche im Fels

13 VersuchsartAusführung nachKenngrößen Versuchs- bereich Anwendung Bohrlochauf- weitungsversuch (Di- latometerversuch) DGGT, Empfehlung Nr. 8 des AK 19 Verformungs- modul 2 ) (Elastizitäts- modul) Bohrloch Felshohlraumbau, Talsperrenbau Überbohr- Entlastungsversuch DGGT, Empfehlung Nr. 14 des AK 19 Primärspan- nungen (natür- licher Span- nungszustand Felshohlraumbau, Böschungsbau, Talsperrenbau Wasserabpreßver- such (WD-Versuch) DGGT, Empfehlung Nr. 9 des AK 19 Wasserauf- nahme Talsperrenbau, Felshohlraumbau, Böschungsbau, Deponien, Kläranlagen Schluck-Pumpversuch --- Ideeller Wasser- durchlässigkeits- beiwert 1 ) Dieser Versuch wird meistens an Großbohrkernen im Labor durchgeführt 2 ) Sekantenmodul Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Vorschriften zum Versuchswesen Bbl. E DIN 4020 (2002), Tab. 10: Feldversuche im Fels

14 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Vorschriften zur Durchführung von Messungen ArtVerfahren/ GeräteMeßprinzipMeßzweckAnwendungBemerkung Geodäsie 1 ) Nivellement Lagemessung Schlauchwaage Horizontaler Meßstrahl vom Festpunkt aus, Längen- und Winkelmessung Kommunizie- rende Röhren Relative/ absolu- te Höhenänder- ungen und Verschiebungen von Punkten Bauwerke Über- und Untertage; Gelände- oberflächen Stetige Messung nur mit Schlauchwaage Setzungs- und Verschiebungs- pegel 2 ) 3 ) Gleitmikrometer 4 ) Ortung von Meßmarken längs von Rohren im Bauwerk oder Baugrund, z.B. auf mechani- schem, indukt- ivem magneti- schem Weg Dehnungen und Verschiebungen in Richtung des Meßrohres Im Baugrund, in Erd- und Massivbau- werken und in Bauteilen Auslenkungen der Meßachse berücksichtigen Bbl. E DIN 4020 (2002), Tab. 11: Messtechnische Verfahren Verformungs- und Verschiebungsmessungen

15 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Vorschriften zur Durchführung von Messungen Art Verfahren/ Geräte MeßprinzipMeßzweckAnwendungBemerkung Extensometer 2 ) 3 ) Relativverschie- bungen zwischen Messpunkten im Boden/Fels und Kopfplatte über Stange oder Draht als Messnormal Relativ- verschiebungen in Achsrichtung Baugruben, Böschungen, Tunnel, Kavernen, als Einfach- und Mehrfach- extensometer Dauermessung, Fernablesung und Warnsystem möglich Konvergenz- messung 1 ) 2 ) Relativverschie- bungen zwischen 2 Messpunkten gemessen durch Messdraht/ -band oder -stab Verformungen über Messung von Diagonalen Sehnen usw. Tunnel, Kavernen, Einschnitte, Hänge Stationäre oder mobile Messein- richtungen möglich Deflektometer 3 ) (Querverset- zungsmess- kette) Winkel- oder Län- genänderungen im Meßrohr infolge Querbewegungen Absolutmes- sungen quer zur Meßachse Bauwerke, Baugrund, Kavernen, Hänge Feste eingebaut, daher Fernables- ung und Warn- system möglich Inklinometer 3 ) (Neigungs- messrohr) Neigungsänderung in Meßrohren mit Meßschlitten Verschiebungen quer zur Mess- achse Baugrubenum- schließungen, Böschungen, Tunnel, Kavernen Unabhängig von geodätischer Messung DIN 4020, Tab. 12: Messverfahren (Fortsetzungen) Verformungs- und Verschiebungsmessungen

16 Art Verfahren/ Geräte MeßprinzipMeßzweckAnwendungBemerkung Setzverschie- bungs- oder Setzneigungs -messer 1 ) Mechanische oder elektronische Mes- sung von Längen oder Neigungen zwischen fest in- stallierten Marken Änderung kurzer Abstände, z.B. über Fugen, Trennflächen; Neigungsän- derungen an be- stimmten Stellen eines Bauwerks oder Bauteils Zur Über- wachung be- stehender Bau- werke oder von Kluftkörpern im Fels Auch ortsfeste Anbringung möglich 1 ) Die Messbasen für diese Messung werden erst an oder im Bauwerk eingerichtet und lassen nur die Beobachtung nachträglicher Veränderungen zu. 2 ) Beim Einbau ist auf dauerhaften Verbund der Messmarken mit dem Baugrund oder Bauwerk zu achten. 3 ) Die Einrichtungen können oft schon vor Baubeginn eingebaut werden und gestatten dann auch die Beobachtung der Anfangsverformungen. 4 ) Ermöglicht bei engem Abstand der Messpunkte sehr genaue Messung. Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Vorschriften zur Durchführung von Messungen DIN 4020, Tab. 12: Messverfahren (Fortsetzung) Verformungs- und Verschiebungsmessungen

17 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Messungen Extensometermessungen Messungen der Relativverschiebungen in Richtung Bohrlochachse, keine Querverschiebungen a)Verankerungspunkt 1 fest: K = Abstand Stangenende-Kopf b)Verankerungspunkt 2 verschieblich: nur Relativverschiebung Kopf- Verankerungspunkt meßbar a) b)

18 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Messungen c) Mehrfachextensometer: auch Verschiebung des verschieblichen Ankerpunkts messbar c)

19 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Messungen Inklinometermessungen Messung der Richtung- bzw. Neigungsänderung in Richtung Bohrlochachse Durch Magnetkompass wird Richtung der Neigung bezogen auf Nord bestimmt; dadurch auch Horizontalverschiebungen messbar, nicht nur reine Schief- stellung des Bohrlochs

20 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Messungen Deflektometermessungen Messung der Relativverschiebungen quer zur Bohrlochachse Messung der Winkeländerung zwischen Nulllage und verschobener Lage des Messglieds Möglich sind bis zu 8 Messglieder zwischen Kopf- und Endstück (Kettendeflek- tometer): Verlauf der Horizontalverschiebungen

21 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Messungen Konvergenzmessungen Messung der Profiländerung von Aushub-/Hohlraumquerschnitten: Messung der Relativverschiebungen zw. den Messpunkten mittels Messuhr Durch einen Federmechanismus wird der Draht so gespannt, dass sich bei jeder Messung der gleiche Durchhang einstellt

22 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Verformbarkeit Labor einaxialer Druckversuch nicht bis zum Bruch belastet gerade, kreiszylindrische Prüfkörper Endflächen eben und zueinander parallel, sonst Störungen des angestrebten homogenen, einaxialen Spannungszustands Lastabtragung wegen Reibung an den Endflächen nicht schub- spannungsfrei daher um in Probenmitte annähernd einen einaxialen Spannungszustand zu erzielen Dehnungsmessstreifen zur Messung der Dehnungen in Längs- und Querrichtung

23 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Verformbarkeit Lasteintragungsflächen A

24 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Verformbarkeit Feld Doppellastplattendruckversuch:

25 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Verformbarkeit Anbringung zweier kreisförmiger Lastplatten (Ø 0,3 – 1,3 m) an zwei gegenüber- liegenden, parallelen Oberflächen; eine Platte ist jeweils das Widerlager der anderen Messung der Verschiebungen des Gebirges senkrecht zu den Platten durch Extensometer in Bohrlöchern unter den Platten und durch Messuhren direkt unter den Platten Bestimmung des Verformungsmoduls aus der gewonnenen Lastverschiebungs- linie nach der Theorie des elastisch–isotropen Halbraums: Poissonzahl muß geschätzt oder an Gesteinsproben im Labor bestimmt werden ist abhängig von der Art der Lastfläche (schlaff/starr) und Ort der Messung Rand oder Mitte der Lastplatte = 1,3 – 2,0

26 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Verformbarkeit Bohrlochaufweitungsversuch Aufbringen eines Innendrucks über eine Bohrlochsonde entlang eines bestimmten Bereichs auf die Bohrlochwand Sonde Typ 1:Dilatometer/Pressiometer; Über eine mit Gas oder Flüssigkeit gefüllte Gummimembran wird ein radialsymmetrischer Innendruck aufgebracht Sonde Typ 2:Borehole Jack; diametral angeordnetes Lastplattenpaar wird über hydraulische Pressen an die Bohrlochwand gedrückt Messung der entstehenden Verschiebungen direkt (Typ 2: d) oder indirekt (Typ 1: V)

27 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Verformbarkeit Bestimmung der Verformbarkeit unter Annahme elastischen Spannungs - Dehnungsverhaltens Achtung: Versuch liefert eigentlich nur das Schubmodul G, da nur Horizontal- spannungen erzeugt werden! Umrechnung: Dilatometer (Pressiometer) Kraftübertragung über eine Membran direkte Messung d indirekte Messung V Borehole Jack direkte Messung d Kraftübertragung über ein Lastplattenpaar

28 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Verformbarkeit Fels isotrop und elastisch E, messbare Durchmesseränderungen d = const.

29 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Festigkeit Labor einaxialer Druckversuch Wie Verformbarkeitsversuch, jedoch bis zum Bruch belastet Abnahme der Festigkeit mit zunehmendem Wassergehalt, daher Konservierung des natürlichen Wassergehalts bis zum Versuch notwendig keine Scherparameter

30 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Festigkeit Verhalten nach dem Bruch (i.a. c*=0) Festigkeit in den Gefügeebenen dS maßgebend Festigkeit in von den Gefügeebenen abweichenden Richtungen dS maßgebend

31 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Festigkeit dreiaxialer Druckversuch Kompression unter hydrostatischer Last 1 = 2 = 3 Steigerung von 1 bis Bruch, weggesteuert Auswertung im Mohrschen Spannungsdiagramm über die Coulombsche Bruch- gerade (Umhüllende) liefert die Scherparameter G,c G H Zelldruck p 1zylindrische Probe (D/H 1/3) 2Druckplatte 3Auflager 4Druckzelle mit Zellflüssigkeit, z.B. Öl

32 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Festigkeit Spaltversuch indirekter Zugversuch kreiszylindrische Proben werden entlang zweier gegenüberliegender Ausschnitte aus der Mantelfläche mit gleichmäßig verteilter radialer Normal- spannung belastet (a): hohe Druckspannungen entlang der Mantellinie, aber gleichmäßige Zug- spannungen entlang Durchmesser (b) Bildung eines Zugrisses ausgehend von Probenmitte (c), um ebenen Spannungszustand in Querschnittsebene zu er- zielen gleichmäßig verteilte radiale Normalspannung

33 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Festigkeit direkter Scherversuch Scherfestigkeit von Trennflächen wegen der kleinen Scherflächen der Laborgeräte oftmals nicht geeignet, da kein repräsentativer Ausschnitt Probennahme schwierig (ungestörte Entnahme problematisch, Trennfläche muß in Probenmitte liegen)

34 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Festigkeit Feld dreiaxialer Druckversuch Bestimmung von Festigkeit und Verformbarkeit in Probestollen, Querschlägen oder Versuchskammern wird in der Sohle ein Prüfkörper von 1 m 3 Volumen hergestellt in die Schlitze (ca. 1,1 m lang und 1,2 m tief) werden Druckkissen für die seitliche Belastung eingebracht, die Vertikalbelastung erfolgt über eine ver- tikale Presse

35 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Festigkeit 1Extensometerkopf 2Extensometermesspunkt 3Deflektometerkopf 4Deflektometermessglied 5Deflektometerendstück 6Druckkissen 1Extensometer 2Deflektometer 3Druckkissen 4Pressen 5Lastplatte 6Meßrahmen

36 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Festigkeit direkter Scherversuch Ausarbeitung eines Prüfkörpers aus der Sohle eines Stollens, einer Versuchskammer o. ä. Unterseite Prüfkörper Scherfläche Trennfläche Aufbringen der Normalkraft N über Druckkissen, der Scherkraft T über hydraulische Pressen Scherkraftresultierende muss durch den Schwerpunkt der Scherfläche laufen, sonst Zugspannungen infolge Moment möglich, die zum Aufreißen von Materialbrücken führen können geneigt Spannungsermittlung: Wobei A die reduzierte Fläche ist

37 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Festigkeit Versuchskammer Stollenfirste zu untersuchende Trennfläche Anker Stahlträger Stollensohle Widerlager Prüfkörper Pressen

38 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Durchlässigkeit Lugeon-Versuch

39 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Durchlässigkeit Abdichtung des Testabschnitts im Bohrloch nach oben mittels Packer Einpressen von Wasser unter bestimmten Druck Messung von eingepresster Wassermenge und Verpressdruck Steigerung des Verpressdrucks in mehreren Stufen nach Erreichen des höchstmöglichen Verpressdrucks bzw. der maximalen Pumpenleistung rückwärtiges Durchfahren der einzelnen Stufen problematisch sind Undichtigkeiten durch Umläufigkeit der Packer oder kurzer Verbindung zwischen Trennflächen ober- und unterhalb der Packer

40 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Durchlässigkeit Auswertung: Wasseraufnahme W: Bei Annahme eines linearen Zusammenhangs zwischen Wassermenge und Druck ( laminares Strömen) genügt ein beliebiges Wertepaar Lugeon - Wert Q [l/(min m)] Wassermenge p [bar] Verpressdruck

41 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Versuche zur Durchlässigkeit Varianten: Abpressung von oben nach unten Abschnittsweises Bohren Abpressung von unten nach oben in fertiggestelltem Bohrloch In fertiggestelltem Bohrloch

42 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Quellfähigkeit Versuchseinrichtung entspricht dem eines Kompressionsversuchs: Lastzentrierung Druckplatte Plexiglaszylinder Grundplatte Filtersteine ErstbelastungEntlastung WiederbelastungBewässerung bei a und quellbedingter Hebung Entlastung, Quelldehnung in Abhängigkeit von der Spannung

43 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Quellfähigkeit Erstbelastung unter a : Kompensation der Auflockerungen infolge Probenent- nahme Erstbelastung (1) Entlastung und Wiederbelastung auf a (2), (3) Bewässerung: Quellen, Volumenzunahme nur in z-Richtung, da behinderte Seitenausbildung Hebung (4) Stufenweise Entlastung Quellen in Abhängigkeit von der Spannung (5) Durch Probenentnahme bedingte Auflockerung

44 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Primärspannungszustand Bestimmung der Primärspannungen durch Überbohr-Entlastungsversuche Kernbohrungen 116 mm Minimum Grundprinzip: Bohrrichtung Prim

45 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Primärspannungszustand Messung der Entspannungsdehnung über Sonden Bestimmung der Elastizitätskonstanten E und anhand von aus dem Hohlkern gewonnenen Proben durch Be- und Entlastungsversuche im Labor Bestimmung der Primärspannungen unter der Annahme linear-elastischen Spannungsdehnungsverhaltens Bohrrichtung

46 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Primärspannungszustand Triaxialzelle: Vorteil:Messung in drei verschiedene Richtungen möglich, dadurch erhält man später alle Spannungskomponenten 86 – 140 mm 35...47 mm 45...90 cm Pilotbohrung Triaxialzelle Probe

47 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Primärspannungszustand Biaxialzelle (Doorstopper) Nachteil: Messung der Dehnungen nur in der Ebene der Bohrlochsohle (unter- halb des Doorstopper); um alle Komponenten des räumlichen Spannungstensors bestimmen zu können, müssen Versuche mit unterschiedlicher Orientierung der Bohrung durchgeführt werden 60...76 mm Bohrlochachse Einbaugerät