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3. Fachgespräch "Geophysik und Barrieresysteme"Leipzig 17.März 2005
Dammbauwerke –Standortsuche und Charakterisierung der Umgebung(am Beispiel der Grube Teutschenthal: FKZ 02 C 0942)
Peter KnollThomas FlißThomas SchichtKlaus SalzerTill PoppMatthias Gruner
Standortsuche für Verschlussbauwerke
Ziel:• Positionierung des Dichtelementes im intakten Gebirge• Geringe Permeabilität über den gesamten Querschnitt
Probleme:• Mineralogische Zusammensetzung, Geochemie• Anisotropie der Gebirgspermeabilität (Beschaffenheit der
Korngrenzen, Einschlüsse, Schichtgrenzen, Mikrobruchstruktur, Mineralogie)
PFl
Gebirgspermeabilität wirddurch einzelne hochpermeable Zonen (Schichten) bestimmt.
Anforderungen an geophysikalische Messverfahren
• Zerstörungsfreie Verfahren, die die gesamte Kontur bis zu einer Tiefe von ca. 1 m erfassen (z. B. Permeabilität, Rissweite, Mikrobrüche)
• Auflösungsvermögen im Bereich der Dimension der Anisotropie (Rissweiten – Trennflächen – Abschalungen)
• Kopplung physikalischer Verfahren mit chemisch/mineralogischen Analysen
• Eindeutige Korrelation zwischen Messgröße und Zielgröße (z. B. Feuchte, Permeabilität)
• Wenige oder keine Kabel (generell nicht in der Kontaktzone, keine durchgehenden Fugen)
Referenzversuchsort Montagekammer 3a-Sohle Geophysikalische Untersuchungen
Referenzversuchsort Montagekammer 3a-Sohle Geophysikalische Untersuchungen
Geoelektrikprofil 3
Geoelektrikprofil 4
Vermessung bereits erfolgter Injektionsversuche in Bohrlöcherndes Institutes für Bergbau und Spezialtiefbau der TU Bergakademie Freiberg
Monitoring eines Injektionsversuches (Bentonitversuch 2) des Institutes für Bergbau und Spezialtiefbau der TU Bergakademie Freiberg
Referenzversuchsort Montagekammer 3a-Sohle Geophysikalische Untersuchungen
GE-Profil 3 am SW-Stoß (K-UTEC)
Injektionsbohrung BA 11 d = 70 mm l = 0,60 m
Injektionsbohrung BA 12 d = 150 mm l = 0,60 m
Injektionsbohrung BA 13 d = 70 mm l = 1,20 m
(Messbohrung IBeWa 3 d = 70 mm l = 2,70 m)
Geoelektrikprofil 3
Vermessung bereits erfolgter Injektionsversuche in Bohrlöchern
Referenzversuchsort Montagekammer 3a-Sohle Geophysikalische Untersuchungen
Geoelektrikprofil 3
BA 11Injektion von 2K-Bitumenhochohmige Anomalie
BA 12Injektion von Q-Lösungniederohmige Anomalie
BA 13Injektion von CaCl2 -Lösungniederohmige Anomalie
IBeWa 3Permeabilitätsmessung (Gas)
Referenzversuchsort Montagekammer 3a-Sohle Geophysikalische Untersuchungen
GE-Profil 4 am NE-Stoß (K-UTEC)
Injektionsbohrung BA BV 2 d = 100 mm l = 1,00 m
Geoelektrikprofil 4.3
Geoelektrikprofil 4.1
Geoelektrikprofil 4.2
Monitoring eines Injektionsversuches (Bentonitversuch 2)
3D-Inversion der Einzelprofile
Ansicht von unten
Referenzversuchsort Montagekammer 3a-Sohle Geophysikalische Untersuchungen
Injektionsbohrung BA BV 2
Widerstandsverteilung der Nullmessung, Schnitt Profil 4.2
Niederohmige Anomalie im Untersuchungs-gebiet vor dem Versuch
Referenzversuchsort Montagekammer 3a-Sohle Geophysikalische Untersuchungen
Injektionsbohrung BA BV 2
Widerstandsverteilung nach Injektionsversuch, Schnitt Profil 4.2
Durch den Injektionsversuchbeeinflusster Stoßbereich
Referenzversuchsort Montagekammer 3a-Sohle Geophysikalische Untersuchungen
Injektionsbohrung BA BV 2
Vordringen des Injektionsmediums bevorzugtin den Bereich der in der Nullmessung detektiertenniederohmigen Anomalie
Referenzversuchsort Montagekammer 3a-Sohle Geophysikalische Untersuchungen
Beginn des beeinflussten Bereichsaus dem Injektionsversuch
Injektionsbohrung BA BV 2
Widerstandsverteilung im unbeeinflussten Stoß
Referenzversuchsort Montagekammer 3a-Sohle Geophysikalische Untersuchungen
detaillierte Abbildung der konturnahen durchfeuchteten Zone einer Streckenauffahrungim der untersuchten Kalihorizont
Einsatz von 3D-Geoelektrik-Anordnungen zur Erkundung und zum Monitoring
eine Verifizierung der Erkundungsergebnisse erfolgte anhand von Versuchsinstallationen
nicht invasive Erkundungsmethode ohne wesentliche Eingriffe in den Gebirgsverband
geringer materieller und zeitlicher Aufwand
Standortcharakterisierungen für Versuchsanordnungenin leicht löslichen Salzformationen
Standortcharakterisierungen für Dammbauwerkein leicht löslichen Salzformationen
Institut fürGebirgsmechanik GmbH
Leipzig 1GRUBE TEUTSCHENTHAL
Sicherungs GmbH & Co. KGIBeWa IBeWa-Ingenieur-
partnerschaft
Charakterisierung und Modellierung ALZ
Geotechnische in situ Untersuchuchungen
Gesteinsmechanische Laboruntersuchungen
Gebirgsmechanische Modellierung
• Probennahme (IfG): o Kerne o Großblock
• Bohrlochbemusterung / Bohrlochkamera (IfG)
• Charakterisierung ALZ o Ultraschall (IfG) o Permeabilität (IBEWA)o Geoelektrik
(Uni Leipzig / K-UTEC) • Hydro-Frac-Spannungs-
messungen (IfG)
• Triaxiale Druckfestigkeit • Scherfestigkeit o Schichtfläche
• Dilatanz ⇒ Stoffgesetzparameter
• Spannungs-Verformungsverhalten o Konvergenzverhalten o Spannungsverteilung o Aufbau der ALZ
• Einfluss Carnallitit/ Tachydrit
• Einfluss Schichtflächen • Einfluss Kontaktfuge ⇒ Langzeitprognose
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Experimentalort 3a-Sohle
Lithologie / Struktur
N S
Blick in die Untersuchungsstrecke
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Geschichteter Carnallitit
Betrachtungsmaßstab?
Dickschliff ca. 200µm
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Problem Probengewinnung: Core - discing
Indikator hoher Spannungsbedingungen im Gebirge
je kleiner die Segmente, desto höher die Einspannung
Morphologie / Lineation ⇒Stressgeometrieindikator (σmax)
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Leipzig 5GRUBE TEUTSCHENTHAL
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0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Bohrlochteufe [ m ]
Eins
pann
ung
[ MPa
]
minimale Hauptspannung F-TTL-3Grundspannungszustandminimale Hauptspannung F-TTL-4rechnerischer Ausgleich der ermittelten Hauptspannung
σ min = p0 * ( 1 - exp ( - ( 2 * x ) / h ))mit : p0 = 19,06 MPa
h = 3,23 m
Ergebnisse „Hydraulic fracturing“
Horizontalbohrung F-TTL 3Vertikalbohrung F-TTL 4
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Ultraschallmessung
„Cross hole“
ALZ
(-) K
iese
rit (+
)
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Leipzig 7GRUBE TEUTSCHENTHAL
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Geoelektrikmessung auf Ringprofil
Schichtinduzierte Anomalien? ⇒ Problemzonen?
Firste
Stoss
Sohle
Stoss
Messung auf Ringprofil32 Elektroden: Keilnägel mit
befeuchtetem Bentonit im Salz kontaktiert
- Dipol-Dipol-Anordnungen
RESECS (GeoServe Kiel)A B
MN
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Gaspermeabilitätsmessungen
Standortcharakterisierung
Permeabilitätsanstieg
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Leipzig 9GRUBE TEUTSCHENTHAL
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Permeabilität
Schichtinduzierte Anomalien? ⇒ Problemzonen
Institut fürGebirgsmechanik GmbH
Leipzig 10GRUBE TEUTSCHENTHAL
Sicherungs GmbH & Co. KGIBeWa IBeWa-Ingenieur-
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AuflockerungszoneTeutschenthal
Repräsentativität?
SB
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Leipzig 11GRUBE TEUTSCHENTHAL
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Permeabilitätsunterschiede Firste - Stoss
Verwitterungseffekt
Stossparallele VerwitterungFeuchtigkeit auf Tonlinien (r > 3 m ?)
⇒ Schichtinduzierte hohe Permeabilität
Sperrschichteffekt - Firste⇒ Niedrige Permeabilität
Geo
rada
r -K-
UTE
C