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Bauingenieur - Ausgabe 11-2003, S. 525

Ein Kopplungskonzept zur Beschreibung der geohydraulisch-geomechanischen Wechselwirkungen in den aufgelockerten Konturzonen um Querschnittsabdichtungen im Salzgebirge

Zur theoretischen Erfassung und mathematischen Beschreibung sowie rechnerischen Simulation der geohydraulisch-geomechanischen Wechselwirkungen in der Auflockerungszone um Querschnittsabdichtungen ist ein neues Konzept entwickelt worden, in das das mit effektiven Spannungen formulierte mechanische Stoffmodell Hou/Lux, eine Strömungsgleichung mit Verwendung des Darcyschen Strömungsmodells sowie mehrere Kopplungsmodelle (z.B. Permeabilitätsmodell, a-Modell, Modell zur Ermittlung der hydraulischen Kräfte, Festigkeitsmodell, Schädigungsmodell), die die notwendigen Schnittstellen zwischen den Zustandsgrößen des geomechanischen und des geohydraulischen Feldes beschreiben, einbezogen sind.

Mit Implementierung des neu entwickelten Kopplungskonzeptes in das FEM-Programm MISES3 ist es nun möglich, sowohl die zeitliche Ausdehnung der Auflockerungszonen wie auch das komplizierte geohydraulisch-geomechanische Verhalten des Salzgebirges in der Auflockerungszone in Verbindung mit einem im Streckenquerschnitt angeordneten Abdichtungsbauwerk im Fall einer Flutung numerisch zu simulieren. Als Anwendungsbeispiel wird ein exemplarisches Abdichtungsbauwerk nach dem entwickelten Kopplungskonzept untersucht. Die numerischen Berechnungsergebnisse zeigen einige geohydraulisch-geomechanische Wechselwirkungen, die bislang noch nicht in diesem Detaillierungsgrad bekannt sind.

A Coupling concept to describe the geohydromechanical interaction in the disturbed rock zones around sealing systems in rock salt

For the theoretical acquisition and mathematical description as well as for the mathematical simulation of the geohydraulic-geomechanical interaction in the disturbed rock zone around sealing systems, a new concept has been developed, which includes the mechanical material model Hou/Lux formulated with effective stress, a flow equation using the Darcy flow model as well as several coupling models (e.g. permeability model, a-model, model for the determination of the hydraulic forces, strength model, damage model), describing the necessary interfaces between the state variables of the geomechanical and the geohydraulic field. With the implementation of the newly developed coupling concept into the FEM program MISES3 it is now possible to numerically simulate the temporal extension of the disturbed rock zone as well as the complicated geohydraulic-geomechanical behavior of the rock salt in the disturbed rock zone in conjunction with sealing systems in the case of an uncontrolled flooding.

The investigation of an exemplary sealing construction according to the newly developed coupling concept serves as an application example. The numerical results of the calculation show some geohydraulic-geomechanical interaction, with details unknown so far.

Autor(en):
Lux, L.-H.; Hou, Z.; Xie, Z.

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