Numerisches Modell zur Entwicklung der Permeabilität von Steinsalz in Abhängigkeit von Schädigung, Fluiddruck und Spannungszustand

Für radioaktive Reststoffe gelten Salzlagerstätten als potenzielle Standorte für End- bzw. Tiefenlager. Durch die Einlagerung soll die Biosphäre dauerhaft vor den Gefahren der Reststoffe geschützt werden. Um das Schutzziel zu erreichen, ist es notwendig, den Schadstofftransport zu verhindern bzw. zu verzögern. Steinsalz ermöglicht aufgrund seines viskoplastischen Verhaltens einen langfristig dichten Einschluss. Bei der Auffahrung von Strecken im Salinar wird der ursprünglich isotrope Spannungszustand gestört und um die Strecke bilden sich ein deviatorischer Spannungszustand und eine Auflockerungszone (ALZ) aus. Diese ALZ ist aufgrund des Spannungszustands durch ein anisotropes Rissnetzwerk gekennzeichnet, dessen Risse nahezu parallel zur Strecke verlaufen. Die ALZ bietet für Fluide Wegsamkeiten, die beim Bau von Abdichtbauwerken die Wirksamkeit beeinträchtigen. Die Funktionalität von Abdichtstandorten wird durch die integrale Permeabilität aus intaktem Gebirge, ALZ, Kontaktzone und Damm bewertet. Für den Fall eines möglichen Lösungszutritts in das Grubengebäude ist zur Einhaltung des Schutzzieles die Funktionsfähigkeit des Abdichtstandortes nachzuweisen. Die anisotrope Permeabilität in der ALZ wird auf Basis der Hauptschädigungskomponenten ermittelt. Aufgrund der Kristallstruktur des Salzes entstehen im Fall der Schädigung Risse entlang der Korngrenzen. Daher werden zur Beschreibung der Durchlässigkeit Modellansätze für Kluftwasserleiter aus der Felsmechanik adaptiert. Da in den Rissnetzwerken keine einheitliche Rissöffnungsweite zu erwarten und zudem eine Relation zwischen den schädigungsinduzierten Verzerrungen und der Öffnungsweite herzustellen ist, werden für die drei Hauptrichtungen Rissspektren mit einer Rayleigh-Verteilung bestimmt. Die Rissöffnungsweite wird auch vom wirksamen Fluiddruck und der Normalspannung auf den Rissflächen beeinflusst. Zusätzlich wird der mittlere Rissabstand und die Oberflächenbeschaffenheit des Risses aufgrund der Kristallinität berücksichtigt. Für numerische Simulationen ist das am Institut für Grundbau und Bodenmechanik der TU Braunschweig entwickelte Stoffmodell TUBSsalt um den Ansatz zur Berechnung der anisotropen Permeabilität erweitert worden. Mit diesem Ansatz besteht die Möglichkeit, die Durchlässigkeit der ALZ im Bereich der Streckenkontur realitätsnäher zu beschreiben.