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Höchstfestigkeit und Restfestigkeit von Gesteinen im Triaxialversuch

Abstract:

Im Sinne einer Grundlagenforschung und im Hinblick auf praktische Anwendungen ist die Erforschung des Nachbruchverhaltens der Gesteine von grossem Interesse. Dank weltweiten Bemühungen in den letzten Jahren scheint die Bruchmechanik des einachsigen Druckversuches weitgehend abgeklärt zu sein. Das Nachbruchverhalten der Gesteine im Triaxialversuch ist hingegen noch nicht systematisch untersucht worden, obwohl der räumliche Spannungszustand als Belastungsfall in den meisten geotechnischen Situationen die Regel bildet. Die vorliegende Arbeit sollte deshalb zur Schliessung einer Lücke in unseren Kenntnissen beitragen. Da im Triaxialversuch als Bruchart der sogenannte Scherbruch vorherrscht, kann man hier auch von einem indirekten Scherversuch sprechen. Ein Vorteil gegenüber dem direkten Scherversuch liegt darin, dass sowohl die Scherfestigkeit des Grundmaterials als auch jene der natürlichen Bruchfläche - selbst bei hohen Normalspannungen - ermittelt werden können. Der Scherwiderstand des gebrochenen Prüfkörpers wird Restfestigkeit und die Grenzzustände des Gleichgewichtes Fliesszustände genannt. Die Ergebnisse von über 250, auf die Ermittlung der Restfestigkeit erweiterten Triaxialversuchen, die an einem Eruptivgestein (Aaregranit), Sedimentgestein (Buchberger Sandstein), Metamorphgestein (Carrara Marmor) und an einem künstlichen Gestein (Beton BH 200 und BH 300) durchgeführt wurden, haben folgendes ergeben: Die Restfestigkeit ist materialbedingt und kann ähnlich wie die Höchstfestigkeit durch Mohrsche Umhüllende eindeutig beschrieben werden. Im Gegensatz zur Höchstfestigkeit erweist sich die Restfestigkeit als unabhängig von der Belastungsgeschichte, d. h. von dem Mass der vorgängig mitgemachten Stauchungen. Sie ist insbesonders unabhängig vom Seitendruck, bei dem der Initialbruch (Höchstfestigkeit) stattgefunden hat. Eine bemerkenswert gute Reproduzierbarkeit der Fliesszustände ist für alle untersuchten Gesteinsarten durch eine grosse Anzahl von Belastungsfallen nachgewiesen worden. Der funktionelle Zusammenhang zwischen Höchst- und Restfestigkeit ist sehr anschaulich mit einem Sprödigkeitsindex dargestellt worden. Es wird vorgeschlagen, in Zukunft den klassischen Triaxialversuch -ähnlich wie beim direkten Scherversuch - auf die Untersuchung der Restfestigkeit zu erweitern, da man mit wenig mehr Versuchsaufwand wertvolle Informationen erhalten kann. Die Bedeutung der zusätzlichen Kenntnisse wird deutlich, wenn man bedenkt, dass die Gesteine, in der Natur oder als Folge technischer Eingriffe, alle Phasen des Bruchvorganges durchlaufen können.

Authors:

Kovári, Kalman and Tisa, Andreas

Index Terms:

rock; TunnelingGroup

Further Information:

Date published: 1974