Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7185
Numerical
Modelling of the long-term Evolution of EDZ
Development of material models, implementation in finite-element codes, and
validation
Alexandra
Pudewills
Abstract
Construction of deep underground structures disturbs the
initial stress field in the surrounding rock. This effect can generate
microcracks and alter the hydromechanical properties of the rock salt around
the excavations. For the long-term performance of an underground repository in
rock salt, the evolution of the "Excavation Disturbed Zone" (EDZ) and
the hydromechanical behaviour of this zone represent important issues with
respect to the integrity of the geological and technical barriers. Within the
framework of the NF-PRO project, WP 4.4, attention focuses on the mathematical
modelling of the development and evolution of the EDZ in the rock near a
disposal drift due to its relevance on the integrity of the geological and
technical barriers.
To perform this task, finite-element codes containing a set
of time- and temperature-dependent constitutive models have been improved. A
new viscoplastic constitutive model for rock salt that can describe the damage
of the rock has been implemented in the finite-element codes available. The
model parameters were evaluated based on experimental results. Additionally,
the long-term evolution of the EDZ around a gallery in a salt mine at about 700
m below the surface was analysed and the numerical results were compared with
in-situ measurements. The calculated room closure, stress distribution and the
increase of rock permeability in the EDZ were compared with in situ data, thus
providing confidence in the model used.
Numerische Modellierung
der Langzeitentwicklung von Auflockerungszonen
Entwicklung von Stoffmodellen, Einbau in Finite Elemente Rechenprogramme und
Bewertung
Zusammenfassung
Die Konstruktion von
tiefen, untertägigen Hohlräumen beeinflusst den ursprünglichen Spannungszustand
des umliegenden Gebirges. Dieser Effekt kann unter Umständen zu Mikrorissen und
Änderungen der hydraulischen Eigenschaften des Gesteins im Nahfeld von
Hohlräumen führen. Für die Langzeitsicherheit von Endlagern in Steinsalzformationen
spielt die Entwicklung von solchen Auflockerungszonen (EDZ) und deren
hydro-mechanische Eigenschaften eine wichtige Rolle aufgrund ihrer Bedeutung
beim Nachweis der Integrität der geologischen und geotechnischen Barrieren in
einem Endlager.
Im Rahmen des
EU-Projektes NF-PRO, Arbeitspaket WP4.4, werden Rechenmodelle zur Simulation
der Bildung und Weiterentwicklung von Auflockerungen in der Umgebung einer
Endlagerstrecke entwickelt. Für diese Untersuchung wurden die vorhandenen
Finte-Elemente Programme mit zeit- und temperaturabhängigen Stoffmodellen
verbessert. Ein neues viskoplastisches Materialmodell zur Beschreibung der
Dilatanz und Schädigung von Steinsalz wurde implementiert und die
Materialpa-rameter wurden an Laborversuche angepasst. Weiterhin wurde die
Langzeitentwicklung der Auflockerungszone in der Umgebung eines Tunnels auf der
700 m-Sohle eines Salzbergwerks modelliert. Der Vergleich der Rechenergebnisse
und der in situ Messungen wird dargestellt. Die Übereinstimmung zwischen den
berechneten Konvergenzraten, der Spannungsentwicklung sowie die Änderung der
Salzpermeabilität in der Auflockerungszone und die gemessenen Werte deutet auf
die Richtigkeit des verwendeten Rechenmodells.
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