Universität Duisburg-Essen Institut für Grundbau und Bodenmechanik Felsmechanik Ausgabe SS 2007 Dr. -Ing. K. Lesny
Veranstaltungstermine im SS 2006 Inhalt Allgemeines Termine Uhrzeit 15. 06. 07 08. 30 – 12. 00 22. 06. 07 08. 30 – 10. 00 Raumstellung von Trennflächen 29. 06. 07 08. 30 – 10. 00 Weitere Eigenschaften von Fels 06. 07 08. 30 – 10. 00 13. 07 08. 30 – 10. 00 Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche
Inhalt des Vorlesungsteils Felsmechanik Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Begriffsdefinitionen (Kenngrößen von Fels, Gesteinsarten etc. ) Beschreibung des Felsgefüges Mechanische Eigenschaften von Fels (Parameter, Feldversuche, Laborversuche) Klassifizierung von Fels (Verwendung von Fels als Baugrund Baustoff) Standsicherheitsuntersuchung
Literatur Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Müller, L. : Der Felsbau, Band 1 – 3, Ferdinant Enke Verlag, Stuttgart, 1963 Wittke, W. : Felsmechanik, Springer Verlag, Berlin, 1984 Wittke, W. , Erichsen, C. : Böschungsgleichgewicht im Fels, in: Grundbautaschenbuch, Teil 1, 6. Auflage, Verlag Ernst & Sohn, Berlin, 2001 Linkwitz, K. , Schwarz: Geodätisch-photogrammetrische Überwachung von Hängen, Böschungen und Stützmauern in: Grundbautaschenbuch, Teil 1, 6. Auflage, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2001 Schiechtl, H. M. : Böschungssicherung mit ingenieurbiologischen Bauweisen, in: Grundbau Taschenbuch, Teil 2, 6. Auflage, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2001 Brandl, H. : Stützbauwerke und konstruktive Hangsicherungen, in: Grundbau taschenbuch, Teil 3, 6. Auflage, Verlag Ernst & Sohn, Berlin, 2001 Toepfer, A. : Herstellung von Geländeeinschnitten und Böschungen im Fels, in: Grundbautaschenbuch, Teil 2, 6. Auflage, Verlag Ernst & Sohn, Berlin, 2001 Maidl, B. : Handbuch des Tunnel- und Stollenbaus, Band 1, 3. Auflage, Verlag Glückauf, Essen, 2004
Abgrenzung Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Bodenmechanik Felsmechanik Theoretische Grundlagen, z. B. Kontinuumsmechanik, zur Beschreibung des mechanischen Verhaltens von Lockergestein Theoretische Grundlagen, z. B. Diskontinuumsmechanik, zur Beschreibung des mechanischen Verhaltens von Festgestein Grundbau Felsbau Bauen auf/mit Boden: Gründungen, Baugrubenverbau, Grundwasserabsenkung, Erdkörper Bauen auf/im Fels: über Tage (Pfeiler, Stütz- und Staumauern, Staudämme) unter Tage (Stollen, Tunnel, Schächte, Kavernen) Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Ingenieurgeologie Geologische Daten zu Gesteinsarten, Gebirgsentstehungen, Gefüge, Grundwasserverhältnisse als Ausgangsbasis für weitere Baugrunderkundung
Felsbau – über Tage / unter Tage Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche
Grundbegriffe Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Boden Haufwerk aus kleinen, kleinsten Gesteinskörpern, näherungsweise isotrop hinsichtlich seiner Eigenschaften (Verformbarkeit, Festigkeit, Durchlässigkeit) Kontinuum Fels Aus gleichen oder verschiedenen Gesteinen zusammengesetzter Gebirgskörper, Einzelelemente wesentlich größer, in sich aber homogen: Gestein Teilkörper scharf voneinander getrennt, Ausbildung von Trennflächen also Gefügebildung Hinsichtlich seiner Eigenschaften anisotrop (Verformbarkeit, Festigkeit, Durchlässigkeit) Diskontinuum
Grundbegriffe Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Homogenität Ein Körper besitzt über den betrachteten Bereich gleichmäßige und einheitliche chemische bzw. physikalische Eigenschaften, wobei nicht nur eine Komponente vorhanden sein muss. Für den Fels bedeutet dies, dass egal, wie und wo die Teilkörper des Gefüges angeordnet sind, die Gestalt bzw. das physikalische Verhalten unbeeinflusst bleibt. Homogenität ist der Idealfall. Die meisten bodenmechanischen bzw. felsmechanischen Rechenmodelle gehen jedoch von Homogenität aus. Weitere Eigen- Isotropie schaften von Fels Die Elemente eines Körpers besitzen keine bestimmte Orientierung, so dass eine Klassifizierung physikalische Größe bzw. Eigenschaft in allen Richtungen gleich groß ist. Sind die von Fels Elemente jedoch in einer bestimmten Richtung orientiert, so liegt gestaltliche Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Anisotropie vor. In der Regel sind dann auch bestimmte Eigenschaften richtungsabhängig (physikalische Anisotropie – z. B. horizontale und vertikale Durchlässigkeit von Ton).
Grundbegriffe Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Gestein Natürlich gebildete Gemenge verschiedener Minerale oder auch nur eines Minerals. Unterscheidung hinsichtlich der physikalischen und chemischen Entstehung in: § Magmatite: Eruptivgesteine aus magmatischem Schmelzfluß § Sedimentgesteine: Aus Abtragung, Transport und Ablagerung von Material § Metamorphe Gesteine: Aus Umwandlung infolge Druck oder Temperatur Magmatische Gesteine Vulkanite / Ergußgestein Sedimentgestein Klassifizierung von Fels Ganggesteine Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche t tak n Ko Plutonite / Tiefengesteine Metamorphe Gesteine
Grundbegriffe Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Magmatische Gesteine: Vulkanite: Obsidion, Rhyolit, Trachyt, Basalt, Porphyr, Diabas, Melaphyr Ganggesteine: Pegmatit, Aplit, Lamprophyr Plutonite: Granit, Syenit, Diorit, Gabbro, Peridotit Sedimentgesteine (fest): Klastische Sedimente: vulkanische Brekzie, Tuff, Sandstein, Grauwacke, Tonstein, Tonschiefer Chemische Sedimente: Kalk, Dolomit, Steinsalz, Kalisalz, Anhydrit, Gips, Feuerstein, Hornstein Organogene Sedimente: Torf, Braunkohle, Steinkohle, Fossilkalk, Schreibkreide Metamorphe Gesteine: Kontaktmetamorphe Gesteine: Quarzit, Marmor, Kalksilikatfels, Knotenschiefer, Garbenschiefe, Hornfels Regionalmetamorphe Gesteine: Quarzit, Marmor, Kalksilikatfels, Tonschiefer, Glimmerschiefer, Gneis, Chloritschiefer
Grundbegriffe Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Korngefüge Beschreibt das Gefüge, also die Struktur des Gesteins, nicht des gesamten Felskörpers. Das Korngefüge ist abhängig von der Entstehungsgeschichte. richtungslos isotrop z. B. Erstarrungs- und Sedimentgestein flächig anisotrop z. B. Metamorphe und Sedimentgesteine Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche linear anisotop z. B. Metamorphe Gesteine homogen Inhalt
Grundbegriffe Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennfläche Unterbricht die gestaltliche und mechanische Kontinuität eines Felskörpers. Man unterscheidet: Schicht, Schieferung, Kluft, Störung, Riss Jede Kluft usw. wird durch ein Trennflächenpaar begrenzt. Die Ausbildung und Lage der Trennflächen ist für die Festigkeit des gesamten Felskörpers von entscheidender Bedeutung. Diskontinuitätsfläche Weitere Eigenschaften von Fläche, an der sich eine physikalische Größe bzw. Eigenschaft, z. B. die Durchlässigkeit sprunghaft ändert. Demnach sind alle Trennflächen Diskontinuitäts. Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche flächen. Grundsätzlich ist der Fels ein Diskontinuum. Wird der betrachtete Ausschnitt jedoch hinreichend groß gewählt, so ist die Annahme eines Kontinuums zulässig (Quasi-Kontinuum).
Arten des Felsgefüges Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Schichtung Lagenaufbau einzelner Schichten und damit stoffliche Inhomogenität senkrecht zur Anlagerungsebene. Die daraus resultierende erhöhte Teilbarkeit führt zu Aufreißen des Gesteins parallel zu den Schichtfugen. Schieferung Anordnung und Ausbildung von Scharen annähernd paralleler, dichtständiger (Millimeter- bis Zentimeterbereich), mechanisch wirksamer Trennflächen (klastische Schieferung). Führt zu leichter Teilbarkeit in untereinander gleichgerichteten Weitere Eigen- Ebenen, die durch tektonische Druckwirkungen aufgeprägt wurden. Raumstellung von Trennflächen schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Nicht zu verwechseln mit der Kristallisationsschieferung, bei der sich die Mineralkörner in Richtung Schieferungsflächen einregeln Korngefüge
Arten des Felsgefüges Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Kluft Raum, der zwei Gesteinskörper trennt und durch zwei näherungsweise parallele Trennflächen begrenzt wird. Entsteht bei der Faltenbildung senkrecht zur Schichtung oder Schieferung. Eine Kluft kann geschlossen oder offen und mit gasförmigen (z. B. Luft), flüssigem (z. B. Wasser) oder festem Mineral (Verwitterungsoder Ablagerungsprodukte) gefüllt sein. Wichtig: Eine Kluft ist tektonisch bedingt! Weitere Eigen- Es liegt keine Relativbewegung entlang der Trennflächen vor! schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche
Arten des Felsgefüges Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Störung Tektonische Erscheinungsform, die auf Relativbewegungen entlang der Trennflächen zurückzuführen sind. Störungsformen: - Abschiebung bzw. Verwerfung (b) - Aufschiebung (c) - Seitenverschiebung (d) - Drehung (e) Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels b Klassifizierung von Fels c Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche a d e
Arten des Felsgefüges Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Die Relativbewegungen verursachen häufig Glättung oder Harnischbildung (Streifen) auf den Trennflächen. Störungen sind geotechnisch interessant, insbesondere wenn sich größere zerscherte Bereiche ausgebildet haben (Störungszonen). Die Festigkeitseigenschaften können sich an diesen Zonen abrupt ändern. Darüberhinaus stellen Störungszonen häufig Wasserstauer dar, so dass unter Tage mit plötzlichen Wassereinbrüchen zu rechnen ist. Riss Weitere Eigen. Trennflächen, die durch den Einfluß des Menschen entstanden sind (Einschnitt, schaften von Vortrieb, Abbau). Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche
Beschaffenheit des Felsgefüges Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Durchtrennungsgrad Verhältnis des Trennflächenanteils zur Gesamtfläche einer parallel zur Trennfläche verlaufenden Fläche. Bei hohem Durchtrennungsgrad starke Reduzierung der Schubfestigkeit des gesamten Felskörpers, da diese hauptsächlich durch Reibung und Kohäsion in den Trennflächen, weniger durch Festigkeit des Gesteins in den Materialbrücken gebildet wird.
Beschaffenheit des Felsgefüges Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Öffnungsweite Abstand der Trennflächen einer Kluft o. ä. (Kluftweite) Abstand von Trennflächen In der Regel existieren Scharen von Trennflächen. Für die Abmessungen eines Bauwerks kann es dabei von Interesse sein, wie groß der Abstand der Trennflächenpaare einer Schar ist.
Beschaffenheit des Felsgefüges Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Oberflächenbeschaffenheit § Ebenflächigkeit: Bei Sedimentgestein durch Ablagerung in Zeiten relativer Ruhe; Harnische oder Spiegelflächen bei Störungen § Rauhigkeit: Bei rauhen Trennflächen kann ein Verzahnungswiderstand entstehen, wenn gleichzeitig Materialbrücken beim Abscheren durchgeschert werden müssen § Welligkeit: Trennflächen mehr oder weniger gekrümmt.
Beschaffenheit des Felsgefüges Inhalt Art der Füllung Allgemeines Beschreibung von Fels § Mylonitfüllung: Mechanisches Verhalten von Fels Gesteinzerreibsel bei Störungen unter hohem tektonischen Druck (Korngröße entspricht tonigem Schluff bis Schluff) § Schlufffüllung: Verwittertes oder eingespültes Material über- und anlagernder Schichten § Quarz- und Kalkfüllung: Herkunft w. o. . Führt häufig zu einer Verkittung der Trennflächen, so dass diese mechanisch nicht mehr relevant sind. Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche
Raumstellung des Felsgefüges Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Die Bestimmung der Stellung der Trennflächen im Raum ist aufgrund des ausgeprägt anisotropen Verhaltens des Felsgefüges von großer Bedeutung. Zu diesem Zweck wird die Lage der Trennflächen eingemessen und aufgezeichnet. Dabei wird jede Trennfläche als eine beliebig im Raum stehende Ebene betrachtet, deren Lage durch zwei Winkel eindeutig beschrieben werden kann. Als Hilfsmittel wird der Gefügekompass nach Clar eingesetzt, mit dem diese Winkel in einem Arbeitsgang eingemessen werden können. Anlegen des Gefügekompasses: el nk wi ie ich lin re n St öhe H Weitere Eigenschaften von Fels Winkel der ‘ Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche kel win Fall inie l Fall Klassifizierung von Fels Einfallrichtu ng F
Raumstellung des Felsgefüges Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Die Falllinie beschreibt die Neigung der Trennfläche, die Höhen- bzw. Streichlinie die Orientierung der Trennfläche in der Horizontalen. Gemessen werden: Einfallwinkel : Raumstellung von Trennflächen Neigung der Falllinie gegen die Horizontale Definitionsbereich 0° 90° (Winkel zwischen Kompassdeckel und Kompasskreis: ´= 180° ) Weitere Eigenschaften von Winkel der Einfallrichtung F: Winkel zwischen Nordrichtung und Projektion der Fels Falllinie in die Horizontale, gemessen im Klassifizierung Uhrzeigersinn; Definitionsbereich 0° F 360° von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Aus der Einfallsrichtung kann der Streichwinkel abgeleitet werden, der häufiger verwendet wird: Streichwinkel : Winkel zwischen Nordrichtung und Streichlinie
Raumstellung des Felsgefüges Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Bei der Ablesung ist zu beachten: Der Kompasskreis ist in Altgrad eingeteilt, d. h. die Gradzahl ist mit 10 zu multiplizieren. Er ist gegen den Uhrzeigersinn skaliert, d. h. : Nord (N) bei 0° Ost (E) bei 90° Süd (S) bei 180° West (W) bei 270° Die rote Nadel stellt sich in Richtung des magnetischen Nordpols ein (d. h. geringfügiger Fehler zum geographischen Nordpol). Weitere Eigenschaften von Da der Kompassdeckel, der an die Trennfläche angelegt wird, bei Süd liegt, Fels verläuft die Projektion der Falllinie in die Horizontale, die auf der Trennfläche Klassifizierung von Fels senkrecht steht, stets durch die Nordrichtung des Kompasskreises, also durch 0°. Baugrunderkundung Damit zeigt die Magnetnadel dann direkt den Winkel zwischen der wirklichen Nordrichtung und der Projektion der Falllinie an. Felsmechanische Versuche
Raumstellung des Felsgefüges Inhalt Beispiele: Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels ‘ >180° 90° < ‘ < 180° ‘ < 90° Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Indexstrich befindet sich im roten Sektor des Vertikalkreises Indexstrich befindet sich im einem schwarzen Sektor des Vertikalkreises F= Winkel zwischen N und rotem Ende der Magnetnadel F= Winkel zwischen N und schwarzem Ende der Magnetnadel
Gefügemodell für Fels Inhalt Modell Korngefüge Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels richtungslos isotrop z. B. Erstarrungs- und Sedimentgestein flächig anisotrop z. B. Metamorphe und Sedimentgesteine Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche linear anisotrop z. B. Metamorphe Gesteine
Gefügemodell für Fels Inhalt Überlagerung mit Allgemeines Modell Trennflächengefüge Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Störung Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche a b Modellvorstellungen räumlicher Trennflächengefüge: a) mehrere Scharen annähernd ebener, zueinander paralleler Trennflächen mit einer Störung; b) säulenförmiges Trennflächengefüge
Gefügemodell für Fels Inhalt säulenförmiges Trennflächengefüge Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Basaltsäulen (bei Haifa/Israel)
Gefügemodell für Fels Inhalt Modell Felsgefüge liefert Allgemeines Beschreibung von Fels Störung Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels a b c Störung Klassifizierung von Fels Gefügemodelle für Fels: Baugrunderkundung a) richtungsloses Korngefüge, allgemeines räumliches Trennflächengefüge; Felsmechanische Versuche b) richtungsloses Korngefüge, lineares Trennflächengefüge; c) flächiges Korngefüge, allgemeines räumliches Trennflächengefüge; d) lineares Korngefüge, allgemeines räumliches Trennflächengefüge. d
Materialverhalten des Gesteins - allgemein Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels linearelastisch-viskoplastisch richtungsloses Gefüge: z z z elastische Dehnung d z x viskoplastische Dehnung z y z Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Dargestellt für einaxiale Belastung, z. B. im einaxialen Druckversuch
Elastisches Verhalten des Gesteins Inhalt Flächiges Gefüge: Anisotropie der Verformungen Allgemeines Beschreibung von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche 1 isotrope Ebene Schieferung 2 Schieferung Mechanisches Verhalten von Fels pe tro e iso en Eb
Elastisches Verhalten des Gesteins Inhalt Definition der Elastizitätsgrößen: Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche z‘ y‘ x‘ y‘ x‘ x‘ y‘ z‘ y‘ z‘
Elastisches Verhalten des Gesteins Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels x‘ y‘ z‘ y‘ Raumstellung von Trennflächen x‘ y‘ Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche z‘ x‘ z‘ y‘ (abhängig) z‘ x‘
Elastisches Verhalten des Gesteins Inhalt z‘ Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen y‘ x‘ y‘ x‘ z‘ z‘ y‘ y‘ z‘ Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche (abhängig)
Elastisches Verhalten des Gesteins Inhalt Lineares Gefüge: Anisotropie der Verformungen Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen 1 isotrope Ebene 2 Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Definition der Elastizitätsgrößen analog zum flächigen Gefüge!
Elastisches Verhalten des Gesteins Inhalt Definition der Elastizitätsgrößen bei Orthotropie: Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche z‘ y‘ x‘ y‘ x‘ x‘ x‘ y‘ z‘
Elastisches Verhalten des Gesteins Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche z‘ x‘ z‘ y‘ x‘ y‘ z‘ x‘ x‘ y‘
Elastisches Verhalten des Gesteins Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen z‘ x‘ x‘ y‘ y‘ z‘ x‘ z‘ y‘ Weitere Eigenschaften von Fels z‘ Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche (abhängig)
Viskoplastisches Verhalten des Gesteins Inhalt Prinzip: Allgemeines Feder (E) Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Dämpfer ( ) Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Gleitelement ( f) Spannungs-Dehnungsdiagramm (a) und Dehnungs-Zeitdiagramm (b): el vp = f(t) f vp Felsmechanische Versuche el t a b
Viskoplastisches Verhalten des Gesteins Inhalt Prinzip der Spannungsumlagerung: Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche a) b)
Mechanische Kennzahlen für Gestein Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Einaxiale Druckfestigkeit Elastizitätsmodul E Querdehnzahl [MN/m 2] [-] Basalt 290 100. 000 0, 1 – 0, 25 Marmor 250 110. 000 k. A. Gesteinsart Weitere Eigenschaften von Fels Granit 210 55. 000 – 90. 000 0, 1 – 0, 2 Kalkstein 30 – 180 20. 000 – 90. 000 0, 2 – 0, 5 Klassifizierung von Fels Sandstein 10 – 42 2. 000 – 70. 000 0, 05 – 0, 30 Beton 5 – 55 30. 000 0, 2 Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche
Elastisches Verhalten von Trennflächen Inhalt Für das Verformungsverhalten relevante Trennflächenarten: Allgemeines n Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels res a) Felsmechanische Versuche b) n Weitere Eigenschaften von Fels Baugrunderkundung res Plastische Bereiche n res Detail siehe nächste Folie Raumstellung von Trennflächen Klassifizierung von Fels n d) a) b) c) d) e) f) c) n res e) n res f) durchgehende, geschlossene Trennfläche (eben, glatt oder rauh), durchgehende, nicht völlig geschlossene Trennfläche (eben, rauh) durchgehende, unebene, geschlossene oder teilweise offene Trennfläche durchgehende, gefüllte Trennfläche an Materialbrücken absetzende Trennfläche, geöffnet an Materialbrücken absetzende Trennfläche, geschlossen res
Elastisches Verhalten von Trennflächen Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche Detail von Typ b:
Festigkeit von Trennflächen Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Berührung der Wandung bei geringer Öffnungsweite und unebenen, gefüllten Trennflächen: Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels unverformt Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche erhöhte Scherfestigkeit
Festigkeit von Trennflächen Inhalt Allgemeines Sägezahnmodell bei extrem unebenen, geschlossenen Trennflächen: Beschreibung von Fels n Mechanisches Verhalten von Fels res Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels n res Schubbruch im Gestein a b Klassifizierung von Fels Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche a) b) Aufgleiten bei geringen Normalspannungen Abscheren der Unebenheiten bei hohen Normalspannungen
Festigkeit von Trennflächen Inhalt res Allgemeines Beschreibung von Fels G Aufgleiten Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trennflächen Weitere Eigenschaften von Fels Klassifizierung von Fels Abscheren c. G n T + i ns Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche c) bilineares Bruchkriterium
Festigkeit von Trennflächen Inhalt Restscherfestigkeit: Allgemeines Nach Ausbildung einer Gleitfuge (Bruch) verbleibt eine reduzierte Festigkeit. Beschreibung von Fels Sonderfall Sägezahnmodell: Mechanisches Verhalten von Fels Bruchfestigkeit res Raumstellung von Trennflächen G´ Aufgleiten Weitere Eigenschaften von Fels c. G‘ Klassifizierung von Fels G Baugrunderkundung Felsmechanische Versuche c. G‘ Abscheren ns Restfestigkeit
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