Verfahren, auf der Grundlage last- und/oder weggesteuerter Plattendruckversuche auf der Bohrlochsohle

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Spannungs-Verformungs-Verhaltens und/oder von Deformationsmoduln und/oder von Festigkeitseigenschaften in verschiedenen Tiefen insbesondere von Lockergesteinen und von Deponiekörpern in situ.
Es können die durch die eingetragene Belastung erzeugten Deformationen und die dazugehörigen Spannungen in Verbindung mit dem durch die Belastung erzeugten Porenwasserdruck gemessen werden.
Durch die gleichzeitige Ermittlung des Porenwasserdruckes ist eine optimale Versuchsfahrung möglich. Dies gilt sowohl beim lastgesteuerten wie auch beim weggesteuerten Versuch.
Die Meßdaten werden mittels Kabel nach übertage übertragen und in einer mobilen Versuchseinrichtung registriert, zugeordnet und in geeigneter Weise verknüpft.
Mit dem Verfahren werden die Deformationen des belasteten Materials in elastische und/oder plastische und/oder viskose Deformationsanteile aufgeteilt sowie auf der Grundlage totaler oder wirksamer Spannungen Deformationsmoduln und/oder Festigkeitseigenschaften insbesondere von Lockergesteinen und Deponiekörpern ermittelt.
Der Einsatz der Erfindung kann unter anderem bei Gründungen, in Dämmen, auf Kippen oder im Deponiebau erfolgen.
Angetroffenes Gas kann gefahrlos abgeleitet, analysiert und eine Gefahrenabschätzung durchgeführt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Spannungs-Verformungs-Verhaltens und/oder von Deformationsmoduln und/oder von Festigkeitseigenschaften in verschiedenen Tiefen insbesondere von Lockergesteinen und von Deponiekörpern in situ.

[0002] Für die Berechnung von Verformungen und der Stabilität von Gründungskörpern, Dämmen, Kippen oder von Deponien ist die Kenntnis der Spannungs-Verformungs-Beziehungen und der Festigkeitseigenschaffen der anstehenden Materialien notwendig.

[0003] Die Untersuchung ungestörter nichtbindiger Materialien zur Bestimmung der zutreffenden Spannungs-Verformungs-Beziehungen, und der Festigkeitseigenschaffen im Labor gestaltet sich schwierig.

[0004] Bei bindigen Materialien ergeben sich ebenfalls durch die bei der Probenahme erzeugten Strukturänderungen und Änderungen des Spannungszustandes Veränderungen in der Probe, die die Ermittlung zutreffender Deformationsmoduln und Festigkeitseigenschaffen im Labor stark beeinträchtigen.

[0005] Für Müll ist die Bestimmung der Deformationsmoduln und der Festigkeitseigenschaffen im Labor quasi nicht möglich.

[0006] Aus der Offenlegungsschrift DE 19608932 A1, Deutsches Patentamt, ist eine Einrichtung zur Durchführung von Drucksetzungsmessungen insbesondere in Lockergesteinen und Deponiekörpern bekannt. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß eine schraubenförmig ausgebildete Lastplatte in den Untergrund eingedreht wird. Die Einrichtung zum Herstellen des Bohrloches und zur Aufbringung der Belastung bildet gleichzeitig das Widerlager.

[0007] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Ermittlung des Spannungs-Verformungs-Verhaltens und/oder von Deformationsmoduln und/oder von Festigkeitseigenschaffen in verschiedenen Tiefen insbesondere von Lockergesteinen und von Deponiekörpern in situ zu entwickeln, bei dem Störungen der Struktur und des Spannungszustandes der zu untersuchenden Materialien weitestgehend vermieden werden. Gleichzeitig sollen Porenwasserdrücke gemessen werden. Probenahme soll möglich sein. Angetroffene Gefahrenzustände durch das Antreffen z.B. von Deponiegas, sollen gefahrlos behoben werden können.

[0008] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen angegeben.

[0009] Mit dem Verfahren können die durch die eingetragene Belastung erzeugten Deformationen und die dazugehörigen Spannungen in Verbindung mit dem durch die Belastung erzeugten Porenwasserdruck gemessen, zugeordnet und verknüpft werden.

[0010] Die aufgeführte Erfindung soll unter anderem ermöglichen, die Deformationsmoduln und die Festigkeitseigenschaffen aus in situ Messungen zu bestimmen. Die Messungen erfolgen direkt und unter Umgehung der Störung des Untergrundes.

[0011] Die Nachteile, die sich durch Probenahme, Probenvorbereitung und Versuchsdurchführung ergeben, werden dadurch vermieden. Vermieden werden ebenfalls die Schwierigkeiten, die sich bei der Interpretation der Ergebnisse aus indirekten Feldversuchen ergeben.

Ausführungsbeispiel

[0012] Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Figur 1

Gesamtübersicht des Plattendruckversuches auf der Bohrlochsohle

Figur 2

Gestaltung der Lastplatte mit untertägigen Meßeinrichtungen

Figur 3

Messung der Vertikaldeformation

[0013] Eine schraubenförmig ausgebildete Lastplatte 1 wird in den Untergrund 4 eingedreht. Dabei werden in Höhe der Lastplatte in verschiedener Tiefenlage mit Hilfe der Druckmeßeinrichtung 2 der Anpreßdruck und mit Hilfe der Vorrichtung zur Messung des Porenwasserdruckes 3 der Porenwasserdruck gemessen. Die Meßdaten werden mittels Kabel nach übertage übertragen und in der mobilen Versuchseinrichtung 5 registriert, zugeordnet und in geeigneter Weise nach Vorschrift verknüpft. Die Lastplatte 1 wird über ein Gestänge 6 belastet, das ein an der Geländeoberfläche befindliches Widerlager (insbesondere ein Bohrgerät) benutzt. In der Einrichtung zum Herstellen des Bohrloches und der Belastung 8, dieses bildet gleichzeitig das Widerlager, wird die Belastung gemessen und zur mobilen Versuchseinrichtung übertragen.
Die Lastplatte besitzt einen schraubenförmig ausgebildeten Belastungskörper. Die Vorrichtung zur Messung des Porenwasserdruckes 3 ist unterhalb des Belastungskörpers angebracht. Im oberen Schaft der Lastplatte 1 (Verbindung zum Gestänge 6) befindet sich die Druckmeßeinrichtung 2 zur Messung des vertikalen Anpreßdruckes.
Die Kabel zur Übertragung der Daten zwischen untertägigen Meßeinrichtungen und mobiler Versuchseinrichtung 5 werden im Bohrloch 11 innerhalb des als Rohr ausgebildeten Gestänges 6 geführt.
Die Messung der Deformationen erfolgt über eine Meßeinrichtung 9, die sich an der Geländeoberfläche 7 und /oder im Bohrloch befinden kann. Sie ist fest mit dem Gestänge verbunden. Es wird die Relativverschiebung des Gestänges 6 zu einem Festpunkt (z.B. an der Geländeoberfläche zur Auflage 10) bestimmt.
Die Belastungseinrichtung kann mechanisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder elektromagnetisch arbeiten. Die Belastung kann sowohl über festgelegte Lastschritte wie auch über festgelegte Verschiebungen erfolgen.
Wegen der besonderen Konstruktion der Lastplatte kann die Ermittlung der Spannungs-Verformungs-Beziehungen und/oder der Deformationsmoduln und/oder der Festigkeitseigenschaften der anstehenden Materialien last- und weggesteuert erfolgen.
Lastgesteuert bedeutet, daß die Belastung in festgelegten Lastschritten erfolgt und die dazugehörigen Deformationen und der Porenwasserdruck gemessen werden.

[0014] Weggesteuert heißt, die Lastplatte wird mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit bewegt und zu festgelegten Verschiebungen werden die Spannungen und der sich entwickelnde Porenwasserdruck gemessen.
Die besondere Konstruktion der Lastplatte 1 ermöglicht die Messung des Anpreßdruckes unter Ausschaltung der Reibung der Belastungseinrichtung.
Der Einfluß des Eigengewichtes des Gestänges 6 ist berücksichtigt.
Der Einfluß der Deformation des Gestänges 6 durch Belastungsübertragung ist ebenfalls berücksichtigt.
Die Schiefstellung der Lastplatte wird bestimmt und deren Einfluß auf die Spannungs- und Verformungsverteilung im anstehenden Material und damit auf die Ergebnisse der Untersuchungen ermittelt.
Die gleichzeitige Messung des Porenwasserdruckes erlaubt eine optimale Versuchsfahrung im lastgesteuerten Versuch und ist die Voraussetzung für den weggesteuerten Versuch. Sie ermöglicht die Unterscheidung in absolute und effektive Spannungen.
Insbesondere bei Einsatz auf Deponien wird angetroffenes Gas gefahrlos über die Austrittsöffnung 12 für Druckluft abgeleitet. Angetroffenes Gas kann der mobilen Versuchseinrichtung 5 zur Bestimmung der Gaszusammensetzung und/oder zur Gefahrenabschätzung zugeleitet werden
Mit einer Einrichtung zur Herstellung des Bohrloches kann das in verschiedenen Tiefen angetroffene Material an die Oberfläche transportiert werden. Dieser Vorgang ist Bestandteil des Verfahrens.
Das Bohrloch 11, in dem die Plattendruckversuche durchgeführt werden, kann ganz und/oder teilweise verrohrt oder ausgebaut sein. Verrohrung und/oder Ausbau können Teil der Einrichtung zur Herstellung des Bohrloches sein.

Liste der Bezeichnungen

[0015] 

1 -

Lastplatte

2 -

Druckmeßeinrichtung (z.B. piezoresistiv)

3 -

Vorrichtung zur Messung des Porenwasserdruckes

4 -

Bohrlochsohle

5 -

mobile Versuchseinrichtung

6 -

Gestänge

7 -

Geländeoberfläche

8 -

Einrichtung zum Herstellen des Bohrloches und der Belastung (mit Belastungsmessung)

9 -

Einrichtung zur Messung der Deformationen

10 -

Auflage

11 -

Bohrloch

12 -

Austrittsöffnung für Druckluft

[0016] Es folgen 3 Seiten Zeichnungen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung des Spannungs- Verformungs- Verhaltens und/oder von Deformationsmoduln und/oder von Festigkeitseigenschaften in verschiedenen Tiefen, insbesondere von Lockergesteinen und von Deponiekörpern in situ, bei der eine Lastplatte in den Untergrund eindrehbar ist und damit last- und weggesteuerte Plattendruckversuche auf der Bohrlochsohle in verschiedenen Tiefen durchgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckmeßeinrichtung in Höhe der Lastplatte angeordnet ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß direkt in Höhe der Lastplatte der Anpreßdruck und der Porenwasserdruck unter Ausschaltung der Reibung der Belastungseinrichtung gemessen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen totalen und wirksamen Spannungen unterschieden wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationen des belasteten Materials in verschiedenen Tiefen durch die Ermittlung der Relativverschiebung des Gestänges zu einem Festpunkt bestimmt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte nach übertage an die mobile Versuchseinrichtung mit Kabel übertragen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß bei Messung des Anpreßdruckes, des Porenwasserdruckes und der Deformationen in verschiedenen Tiefen das Eigengewicht des Gestänges berücksichtigt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß bei Messung des Anpreßdruckes, des Porenwasserdruckes und der Deformation in verschiedenen Tiefen die Deformation des Gestänges durch die aufgebrachte Belastung berücksichtigt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Lastplattennormalen zur Richtung der eingetragenen Belastung ermittelt und deren Einfluß auf die Spannungs-Verformungsverteilung im untersuchten Material bestimmt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationen des belasteten Materials in elastische und/oder plastische und/oder viskose Deformationsanteile aufgeteilt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundlage totaler oder wirksamer Spannungen Deformationsmoduln und/oder Festigkeitseigenschaffen insbesondere von Lockergesteinen und Deponiekörpern ermittelt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß das in verschiedenen Tiefen angetroffene Material nach übertage befördert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß das in verschiedenen Tiefen angetroffene Material an der Oberfläche weiteren physiko-chemischen Untersuchungen zugeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß angetroffenes Gas gefahrlos abgeleitet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß das angetroffene Gas der mobilen Versuchseinrichtung zugeführt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß in der mobilen Versuchseinrichtung das zugeführte Gas in der Zusammensetzung analysiert und/oder eine Gefahrenabschätzung durchgeführt werden.

Zeichnung