Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7314 

BMBF-Verbundvorhaben Modellierung des mechanischen Verhaltens von Steinsalz: Vergleich aktueller Stoffgesetze und Vorgehensweisen

Alexandra Pudewills

Zusammenfassung
Im Rahmen des BMBF Verbundvorhabensprojekts „Modellierung des mechanischen Verhaltens von Steinsalz: Vergleich aktueller Stoffgesetze und Vorgehensweisen“ wurden die von den beteiligten Arbeitsgruppen entwickelten Stoffgesetze für das mechanische Verhalten von Steinsalz mit Hilfe von Modellrechnungen miteinander verglichen. Es wurden die Phänomene Kriechen, Dilatanz, Schädigung, Bruch, Nachbruchverhalten und Verheilung berücksichtigt. Die Rechenergebnisse wurden außerdem mit den Ergebnissen experimenteller Untersuchungen im Labor und unter Tage verglichen. Abschließend sollen Empfehlungen für die Anwendung der Stoffgesetze in der Praxis abgeleitet werden.

Am Institut für Nukleare Entsorgung (INE) werden die Finite Element (FE) Programme MAUS und ADINA zur Untersuchung des Steinsalzverhaltens unter Endlagerbedingungen eingesetzt. In den letzten Jahren wurde ein neues viskoplastisches Materialmodell zur Beschreibung der Dilatanz und Schädigung von Steinsalz entwickelt und in beiden FE-Programmen implementiert. Im Rahmen dieses Projekts wurden die Materialkennwerte an verschiedene Laborversuche angepasst. Mit diesem Stoffmodell wurde dann die Langzeitentwicklung der Auflockerungszone in der Umgebung eines Tunnels auf die 700 m-Sohle eines Salzbergwerks modelliert. Der Vergleich der Rechenergebnisse mit den Messungen wird dargestellt. In einem nächsten Schritt wurde eine fiktive Kammer-Pfeiler-Geometrie in verschiedenen Gebirgstiefen numerisch untersucht.

Dieser aktuelle Teilbericht stellt die detaillierten Rechenergebnisse des INE zum Verbundprojekt dar. Ein Vergleich der repräsentativen Rechenergebnisse mit den Ergebnissen von den sechs anderen Projektpartnern soll in einem gemeinsamen Synthesebericht präsentiert und diskutiert werden.

BMBF joint research project: Modelling of the mechanical behaviour of rock salt: Comparison of advanced constitutive models and modelling procedures

Abstract
Within the framework of the BMBF - joint research project „Modeling of the mechanical behavior of rock salt: Comparison of the several constitutive models and methods“, the newly developed constitutive models by different groups have been evaluated and compared in the benchmark like calculations. The attention focuses on the description of the processes which cause transient creep including recovery, steady-state creep, dilatancy and propagation of damage, failure, and post-failure strength. The calculation results have been compared with laboratory results and in situ measurements. Finally, general recommendations for the use of the presented constitutive model in the practice will be given.

At the Institut für Nukleare Entsorgung (INE), Forschungszentrum Karlsruhe (FZK) the Finite Element Codes MAUS and ADINA are used to study the mechanical behavior of rock salt under repository conditions. Recently, a new viscoplastic constitutive model for rock salt that can describe the volumetric strain and the damage of the rock has been proposed and implemented in these codes. The model parameters have been evaluated on various laboratory experiments. Additionally, the long-term evolution of the "excavation disturbed zone" (EDZ) around a gallery in a salt mine at about 700m below the surface was analyzed and the numerical results were compared with in situ measurements. In the next step a hypothetic room-pillar-geometry located in rock salt at different levels below the surface was analyzed.

This report presents the results obtained by the INE team within the BMBF joint research project. A comparison of several calculation results with the results from six project partners will be presented in a separate synthesis report elaborated by the project leaders.

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