Untersuchungen zum Einfluss der Spannungsgeometrie auf das Verformungs- und Schädigungsverhalten von Steinsalz

Bei der Auffahrung von Hohlräumen im Steinsalz, beispielsweise bei der Errichtung eines Endlagers für radioaktive oder chemotoxische Abfälle, entsteht durch den nun fehlenden Widerstand an der Hohlraumkontur die sogenannte Auflockerungszone. Diese ist charakterisiert durch eine Rissbildung parallel zur Kontur, wodurch die Permeabilität des Steinsalzes deutlich zunimmt. Die Ausdehnung der Auflockerungszone ist von großer Bedeutung für die Planung und den Bau eines Abdichtungsbauwerks. Steinsalz weist ein komplexes Materialverhalten auf, welches durch das Stoffmodell TUBSsalt abgebildet werden kann. Dieses kann die Kriechanteile aus primärem, sekundärem und tertiärem Kriechen darstellen, sowie Schädigung, Bruch, Verheilung und Einfluss der Temperatur. Anhand der Auswertung einer Reihe von Laborsuchen an Steinsalz aus der Nähe von Cayuta, New York, USA wurden mehrere Phänomene festgestellt, die bisher von TUBSsalt nicht berücksichtigt wurden. Im Einzelnen sind dies das erneute Einsetzen des primären Kriechens nach einem Wechsel der Spannungsgeometrie zwischen Kompression und Extension, größere primäre Verformungen bei einer Belastung im Zustand der Extension sowie eine Dilatanzgrenze, welche bei einer Extensionsbelastung etwa 30 % niedriger ist als bei einer Kompressionsbelastung. In dieser Arbeit wird ein Ansatz entwickelt, welcher den Lode-Winkel in der Formulierung der primären Verfestigung berücksichtigt. Diese ist maßgeblich für den Verlauf des primären Kriechens verantwortlich. Der Verfestigungsparameter wird aufgeteilt in Anteile bedingt durch Extensions-, Schub- und Kompressionsbelastung, welche je nach Spannungsgeometrie wirken. Die bisher lediglich anhand von Laborversuchen unter Kompressionsbelastung formulierte Dilatanzgrenze wird zur Berücksichtigung der Extension erweitert. Dies führt zu einer Verringerung der Dilatanzgrenze um bis zu 35 % bei einem Wechsel der Spannungsgeometrie von reiner Kompression zu reiner Extension. Die Weiterentwicklung von TUBSsalt wird zunächst anhand der Versuchsergebnisse verifiziert. Anschließend erfolgt die Berechnung einer generischen Strecke mit Offenhaltungs- und Verschlussphase. Es zeigt sich, dass die bisherigen Ansätze nicht konservativ abdeckend sind, da die Berücksichtigung der Spannungsgeometrie sowohl zu einer größeren Ausdehnung der Auflockerungszone als auch zu einer stärkeren Schädigung führt.