Dr.-Ing. Arash A. Lavasan
Maximilian Schoen, M.Sc.
Florian Christ, M.Sc.
Dieses Projekt (realisiert als Teilprojekt im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB 837) befasst sich mit der Untersuchung von hydro-mechanischen Interaktionen, die durch den maschinellen Tunnelvortrieb in normal konsolidierten strukturierten Tonböden (1. und 2. Phase des Teilprojekts) sowie überkonsolidierten Tongesteinen (in der 3. Phase) hervorgerufen werden. In diesem Rahmen wird ein hierarchisches Stoffmodell für natürlich strukturierte weiche Tone im Rahmen der ‚bounding surface plasticity‘ entwickelt und eine automatische Anpassung des Stoffmodells implementiert, um die hydro-mechanischen (HM) gekoppelten Wechselwirkungen im Nahfeld des Tunnels zu analysieren. Die aktuelle dritte Phase von A5 zielt darauf ab, die Realisierbarkeit des TBM-Tunnelbaus in quellfähigem Tongestein zu untersuchen und ein adäquates numerisches Modell für den maschinellen Tunnelvortrieb in solchen weichen Gesteinen mit dem Potential des Quellens bei Wasseraufnahme zu entwickeln. Besonderes Augenmerk wird auf die Variation der HM-Eigenschaften (z.B. Scherfestigkeit und Permeabilität) des Materials in der sogenannten Excavation Damaged Zone (EDZ) gelegt, indem die Sättigung des Tongesteins aufgrund von Dampf-Wasser-Fluidströmungen in der Tonmatrix (Mikro- und Makroporen), den Schichtebenen und Klüften betrachtet wird. Darüber hinaus wird die Entwicklung des Quelldrucks mit der Verformung des Ringspaltmörtels und der Tübbingringe untersucht, um eine optimale Konstruktion der Innenschale zu ermöglichen. Zur Validierung des Quellmodells, das durch Saugspannung, Sättigungs- und Verformungsvorgänge beschrieben wird, müssen eine Reihe von Versuchen durchgeführt werden. Zu diesem Zweck wird eine neue Quelldruckzelle für tunnelrelevante Randbedingungen entwickelt, die es erlaubt, Quelldruckversuche unter vollständig kontrollierten HM-Randbedingungen durchzuführen. In diesen Zellen können die Proben mit Wasser (Advektion) oder Dampf (Diffusion) gesättigt werden, während die Verformung (z.B. Dehnung) oder Spannung während des Tests kontrolliert werden kann, um verschiedene Reaktionen der Tunnelausbaus (z.B. starrer und flexibler Ausbau) zu imitieren. Im numerischen Teil wird die Form und Größe der EDZ durch numerische Simulationen mit einem Stoffgesetz höherer Ordnung untersucht, um Mikrostruktureffekte wie Dilatation und Durchlässigkeitsveränderung in und um den Scherbändern zu berücksichtigen. Verschiedene Randbedingungen, die für den maschinell aufgefahrenen Tunnel relevant sind, werden untersucht, insbesondere um die Quelldruckentwicklung für Tunnelausbau mit unterschiedlichen Steifigkeiten zu untersuchen. Die Ergebnisse werden anhand von in situ-Messungen des neuen Belchen-Tunnels in der Schweiz, der in Opalinus-Tongestein aufgefahren wird, validiert.
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Letzte Änderung: 08. Sep. 2022