Untersuchungen zur Richtungsabhängigkeit im Verformungs- und Schädigungsverhalten von Steinsalz aus flacher Lagerung
Das Standortauswahlgesetz (StandAG) regelt in Deutschland das Verfahren zur Auswahl eines Standorts für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle. Das Gesetz betrachtet Deutschland als „weiße Landkarte“. Standorte werden somit nicht im Vorhinein als geeignet oder ungeeignet eingestuft. Das StandAG nennt Gesteine wie Steinsalz, Tongestein und Kristallingestein als potentielle Wirtsgesteine, wobei Steinsalz auch stratiforme Lagerstätten umfasst.
Die Versuche zeigen, dass das untersuchte Steinsalz anisotrop reagiert. Die Anisotropie gleicht dabei nicht dem Verhalten eines Festgesteins mit Trennflächengefüge. Das Steinsalz zeigt höhere Bruchdehnungen bei Belastungsrichtung senkrecht zur Schichtung als horizontal zur Schichtung. Anisotrope Effekte waren bei niedrigen Manteldrücken stärker ausgeprägt. Unter höherem Druck tendiert das Korngefüge zu isotropem Verhalten. Das anisotrope Dehnungsverhalten lässt sich mit einer unterschiedlichen Zugfestigkeit in den Kontaktbereichen der Korngrenzen und im Korninneren erklären. Weitere Untersuchungen wie die Analyse der Zugfestigkeit und mikroakustische Emissionsmessungen sind erforderlich, um diese Annahmen zu bestätigen.
Das Spannungs-Verformungs-Verhalten von flach gelagertem Steinsalz wird oft mit dem von steil gelagertem Steinsalz gleichgesetzt, welches sich nach dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Forschung isotrop verhält. Die Existenz einer Schichtung kann jedoch zu einem anisotropen Verhalten führen. Die Untersuchung anisotroper Eigenschaften ist erforderlich, um die relevanten Prozesse in einem Endlager zu verstehen und möglichst realitätsnahe Prognoseberechnungen durchführen zu können.
Diese Arbeit konzentriert sich auf das Kurzzeitfestigkeitsverhalten und das Bruchverhalten von Steinsalz. Um potenzielle anisotrope Eigenschaften zu untersuchen, wurde flach gelagertes Steinsalz aus dem Bergwerk Borth analysiert. Nach einer umfassenden Gesteinscharakterisierung wurden 62 triaxiale Kurzzeitfestigkeitsversuche durchgeführt. Dabei wurden der Manteldruck und das Fallen der Schichtung innerhalb der Proben variiert. Schichtung beschreibt dabei das Vorhandensein einer Gefügeorientierung aufgrund des Sedimentations- und Überlagerungsprozesses.
Die Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Anisotropie bei flach gelagertem Salz auftreten kann und weiter untersucht werden sollte, insbesondere wenn ein entsprechender Standort für hochradioaktive Abfälle in Betracht gezogen wird.
The Site Selection Act (StandAG) regulates the procedure of the selection of a site for a repository for high-level radioactive waste in Germany. The Act calls for a participatory, science-based, and transparent procedure and views Germany as a „blank map“. Thus, sites are not predetermined as suitable or unsuitable. The StandAG identifies rocks such as rock salt, clay rock, and crystalline rock as potential host rocks, with rock salt also encompassing stratiform deposits.
The stress-strain behavior of flat bedded rock salt is usually equated with that of
steeply inclined rock salt, which, according to the current state of science and research, behaves isotropic. However, the presence of stratification can lead to anisotropic stress-deformation behavior. Investigating such anisotropic properties is crucial to understand the relevant processes in a repository and to conduct as realistic predictive calculations as possible.
The study focuses on the short-term strength behavior and fracture characteristics of rock salt. To investigate potential anisotropic properties, flat bedded rock salt from the Borth mine was analyzed. Following comprehensive rock characterization, 62 triaxial short-term strength tests were conducted. The confining pressure and the orientation of the samples’ stratification were varied during these tests. Stratification describes the presence of fabric orientation due to the sedimentation and superposition processes.
The experiments reveal that the rock salt reacts anisotropically. However, this anisotropy does not resemble the behavior typically seen in rock with cleavage planes. The examined rock salt demonstrates higher strain at failure when loaded perpendicular to the stratification compared to loading parallel to the stratification. Anisotropic effects were more pronounced at lower confining pressures. At higher confining pressure, the grain fabric tends towards isotropic behavior. The anisotropic strain behavior can be explained by different tensile strengths in the contact areas of the grain boundaries and within the grains. Further investigations, such as analyzing tensile strength and micro-acoustic emission measurements, are necessary to confirm these assumptions.
The findings suggest that anisotropy can occur in flat bedded salt and should be further investigated, especially when considering a suitable site for high-level radioactive waste disposal.
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