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Bauingenieur - Ausgabe 9-2007, S. 388-396

Fließverhalten thermoplastischer Schmelzen  bei Injektion in klüftiges Festgestein

    Die Injektion thermoplastischer Schmelzen ist ein innovatives Verfahren für Abdichtungsinjektionen gegen strömendes Wasser. Im Rahmen einer Forschungsarbeit wurden die thermodynamischen und strömungsmechanischen Wechselwirkungen während der Injektion untersucht. Hierfür wurden Injektionsversuche in einen Kluftkanal im Gneis durchgeführt. Auf Basis der Versuchsergebnisse und theoretischer Überlegungen wurde ein analytisches Berechnungsmodell abgeleitet, mit dem der Anstieg des Injektionsdrucks über die Injektionszeit ermittelt werden kann. Ergänzend wurden dreidimensionale numerische Strömungs- und Wärmetransportberechnungen durchgeführt. Die Versuche und Berechnungen zeigen, dass sich bei der Injektion eine Schicht aus erstarrtem Kunststoff an der Grenzfläche zum umgebenden Boden einstellt. Dies behindert die Penetration und es stellt sich eine Kernströmung ein, in dessen Inneren die heiße Schmelze an die Injektionsfront gefördert wird. Durch das Anwachsen der erstarrenden Randschichten steigt der Injektionsdruck überproportional an, so dass der als Abbruchkriterium definierte maximale Injektionsdruck sehr schnell erreicht werden kann.

Flow of thermoplastic melts in jointed rocks

  Grouting of thermoplastic melts is an innovative grouting technology for sealing works against strong groundwater current. Scientific grouting tests into a single slot in gneiss stone were carried out to analyse the thermodynamic and fluiddynamic interaction during the grouting process. Based on the test results and on theoretical aspects an analytical model was derived to calculate the increase of grouting pressure during the grouting period. Additionally the grouting process was simulated numerically in a three dimensional model. These studies confirm the theory that layers of frozen melt arise at the boundary to the surrounding rock. Thus, the penetration into pore space is impeded and the melt flows in the core between these layers to the grouting head. During the grouting period the frozen layers grow from the outer to the inner parts of the flow channel. That is why the grouting pressure increases disproportionately and as a consequence one should pay attention to pressure as well as time as abort criterions. As a result undesired deformation of rock or soil can be avoided.

Autor(en):
Irngartinger, S.; Vogt, N.

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