Endlagerauslegung und -optimierung, Bericht zum ... - PTKA - KIT

lung zu unterschiedlichen Gebirgsspannungen, insbesondere auch Zugspannungen
kommt.
Abhängig von den thermo-mechanischen Randbedingungen weist Steinsalz eine große
Bandbreite bzgl. der wirkenden Deformationsmechanismen aus. Unter hinreichender
Einspannung und kleinen Deviatoren, wie sie im Fernfeld vorherrschen, dominieren
thermoelasto-visko-plastische Prozesse, wie sie in Anhang B.3 beschrieben sind, die
allgemein phänomenologisch in einem volumenkonstanten Kriechen zum Ausdruck
kommen. Dabei werden Spannungen im Salzgestein abgebaut (s. u.).
Bei den hier relevanten Nahfeldeffekten können zusätzlich noch Schädigungsprozsse
auftreten. In der Salzmechanik werden zwei Schädigungsgrenzen unterschieden: Als
untere Grenze beschreibt die Dilatanzgrenze eine Grenze, unterhalb der alle Deformationsprozesse
bruchlos und ohne dilatante Verformung (schädigungsfrei) ablaufen, wie
sie zuvor beschrieben wurden. Oberhalb der Dilatanzgrenze kommt es zu Rissbildung
(beschrieben als Dilatanz, d. h. Volumenzunahme infolge von Rissöffnung). Die Mikrorisse
vernetzen sich im Lauf der Zeit zu Makrorissen. Die Geschwindigkeit dieses
Wachstums hängt vom Maß der Überschreitung der Dilatanzgrenze und der kleinsten
Normalspannung ab. Ein kurzfristiges Versagen tritt ein, wenn der Spannungszustand
die Bruchgrenze erreicht und die Tragfähigkeit des Salzgesteins bis auf ein Restfestigkeitsniveau
abfällt. Sowohl die Dilatanzgrenze als auch die Bruchgrenze können in Abhängigkeit
von invarianten Spannungsgrößen beschrieben werden.
In einem eingespannten System führt eine Temperaturänderung über die Wärmeausdehnung
des Materials zu zusätzlichen thermischen Zwangsspannungen. Es hängt
vom Gesamtspannungszustand ab, ob diese Zusatzbeanspruchung dilatant oder nichtdilatant
aufgenommen werden kann. Spannungsspitzen werden durch die Kriechfähigkeit
des Steinsalzes, aber auf jeden Fall im Lauf der Zeit abgebaut.
Im vorliegenden Betrachtungsfall wird das Salzgebirge vom Streckenmantel aus abgekühlt.
Dadurch verschiebt sich die maximale Hauptspannung in die Richtung von Zugspannungen.
In der Frühphase der Abkühlung ist unmittelbar an der Kontur mit Zugspannungen
zu rechnen, die zu Schädigungen mit Ausbildung einer erweiterten
Auflockerungszone führen können. Allerdings ist ohnehin bereits wegen des gebirgsmechanisch
hohen Temperaturniveaus und der daraus resultierenden hohen Kriechfähigkeit
des Steinsalzes mit der Folge erhöhter Konvergenz (Querschnittsreduzierung)
und daraus resultierender intensiver Beraubearbeit zu rechnen, um die Strecken offen
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