Geologische Grundlagen des Felsbaus

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Geologische Grundlagen des Felsbaus
VO 1,0 WS 2012/13
LVA-Nr. 203.599
Stoffübersicht:
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Charakterisierung von Gesteinen, Bestimmungsmerkmale
Trennflächen – Eigenschaften und geotechnische Auswirkungen
Durchtrennungs- und Zerlegungsgrad
Gestein und Gebirge - Labor und Naturverhältnisse
Interngefüge, Anisotropie, Struktur und Textur, Schichtung und Schieferung –
Auswirkung auf felsmech. Kennwerte
Einfluss Kluftfüllungen und -beläge, Wasser
Einfluss Verwitterung
Porosität, Durchlässigkeit
Gesteinskennwerte: Anwendung auf: Laborversuche, Gebirgskennwerte
Anwendung auf: Böschungen, Anschnitte, Tunnel, Injektion,
Talsperrengründungen, Tunnelbau
Gestein und Gebirge
GESTEIN (nach Rili zykl. Vortrieb):
Durch natürliche Vorgänge entstandene Vereinigung aus mineralischen Bestandteilen,
gekennzeichnet durch die Art und Menge der auftretenden Minerale und durch das Korngefüge.
FESTGESTEIN, FELS (n. ÖN B 2203-2)
Mineralgemenge, dessen Eigenschaften hauptsächlich durch seine physikalisch/chemische
Bindung bestimmt sind.
GEBIRGE (n. Rili zykl. Vortrieb)
Teil der Erdkruste, zusammengesetzt aus Festgestein (Fels) oder Lockergestein (Boden), oft mit
anisotropen Eigenschaften, einschließlich Trennflächen und Hohlräume mit Füllungen aus
flüssigen oder gasförmigen Bestandteilen.
LOCKERGESTEIN (n. ÖN B2203-2)
Anhäufung von anorganischen und verschiedenkörnigen Feststoffen, fallweise auch mit
organischen Beimengungen, deren Eigenschaften vorwiegend durch die
Kornzusammensetzung, die Lagerungsdichte und den Wassergehalt bestimmt sind
VERÄNDERLICH FESTE GESTEINE: Aufgelockerter Fels und/oder diagenetisch wenig
verfestigte. Übergang zu Lockergestein, oft wasserempfindlich, keine scharfen Grenzen.
Gestein und Korngefüge
Glimmerschiefer, blättrig (Dünnschliff 2x3 cm)
Phyllit, dünnblättrig
Gestein und Korngefüge
Gneis. Plattige Absonderung (Gartenstiege)
Granit, feinkörnig, würfeliger Bruchkörper
Lockergesteine
Kies (2 mm – 63 mm)
Kies- und Sandwüste (Syrien)
Gebirgsbeschreibung
Weg v. massiven Fels zum Lockergestein
(Zunahme Klüftung , meist auch mit
Verwitterung)
Halbquant. Beschreibung nach Klufthäufigkeit
und Klufterstrckung (Durchtrennungsgrad)
Müller
1963
Kluftkörpertypen
Durchtrennung nach 3 Richtungen (wegen
3-ax. Beanspruchung)  +/- kubische
Kluftkörper (Granitgneis)
Säulige Kluftkörper (Basalt): Säulen quer
zur Abkühlungsfront der Schmelze
Gebirgsbeschreibung -Kluftkörper
Bedeutung der Kluftkörper: Felsbau i.a., bes. Steinschlagschutz (Eingangsdaten: KKG-Form,
Größe, Fallhöhe), Stabilität von Felsböschungen, Steinbrüchen, Einschnitten, Tunnelbau
Wittke 2002
Müller 1963
Durchtrennungsgrad
Müller 1963
Gebirgsbeschreibung
Kluftkörperverband:
a) Steinkastenverband
b) Mauerwerksverband
c) Verschränkter Verband
d) Zusammenhängender Verband
Müller 1963
HOEK: GSI (geological
Strength Index)
Hoek et al
Gebirgsbeschreibung
Gebankter Kalk (Dachstein)
Kalkschiefer (Engadiner Fenster
b. Prutz)
Gesteinszertrennung- Dimensionen
Störzonen
Störungen - Luftbild
Atacama, Chile, Aufnahme aus Gemini-Flug, h ca. 450 km
Störzonen
Nichtlinearer Verlauf von Störzonen (Piteau 1963
Störzone im Kalkplateau des Dachsteinmassivs
Störzonen
Störzonen
Störzone im Tunnel
Geoteam Brenner-Basistunnel
Deformationstypen in Scherzone
Schematischer Schnitt durch eine Blattverschiebung; die Scherzone ist in der spröden Oberkruste an
einzelne Störungen gebunden und weitet sich im duktilen bereich aus. Rechts: Deformationstypen
Eisbacher 2003
Gebirgsbeschreibung Störzonenmaterial
Brosch et al Felsbau 2003
Verschiebungsmerkmale an Störzonen
Harnischstriemung
Versatz von Leithorizonten oder älterer
Kluftgeneration
Untersuchungsziele
BAUWERK
UNTERSUCHUNGSSCHWERPUNKTE
Hochbauten Standortwahl, Tragfähigkeit, Setzungsverhalten, Standsicherheit
Baugrubenböschungen, Wasserverhältnisse
Brücken
Standortwahl, Standsicherheit und Setzungsverhalten, Stützenbereiche u. Widerlager
(Resultierende), Erosion, Kolke
Verkehrswege
Trassenlage (Hang- oder Tallage), Hänge ober- und unterhalb Trasse, Setzungsverhalten,
Standsicherheit natürl. u. künstl. Böschungen, Frostverhalten
Talsperren
Standortwahl, Belastbarkeit d. Untergrundes (Resultierende), Standsich. Widerlager,
Einbindetiefe (Verwitterung), Dichtheit Sperrenstelle und Speicherraum, Verlandung,
Erdbebensicherheit und induzierte Seismizität, Standsicherheit Speicherhänge,
Materialgewinnung (Dichtelemente, Betonzuschlag, Schüttmaterial)
Tunnel,
Stollen,
Kavernen
Trassenwahl, geolog.-geotechnische Prognose, Portalbereiche, Ausbruchs- (Gebirgs)verhalten (Standsicherheit), Homogenbereiche, Gebirgsspannungen, Wasserverhältnisse
ober- u. untertage, Temperatur, Quell- und Schwellverhalten, Gase, Deponien,
Verwendbarkeit Ausbruch, Bohr- und Fräsbarkeit.
Flußbau
Erosionstätigkeit, Uferstabilität, Erosionshindernisse, Sedimentation, Grundwasser
See/Hafenb.
Erosion, Verlandung, Gründungen
Deponiebau
Standortwahl, Dichtheit der geologischen Barriere, Wasserverhältnisse, Setzung
Untergrund.
Bohrkerne FESTGESTEIN
Oben: Glimmerschiefer
Rechts: Granitgneis
Bohrprofil Festgestein
Anm
Bohrprofile
Bohrkronen
Greifer (Brunnen, Pfähle)
Einfachkronen
Doppelkernrohr
Bohren 3
Flysch Wienerwald
Flysch-Wechsellagerung im Gelände
Reechts: Bohrkerne WiewnerwaldTunnel
Seismik (refraktion)
Merkmale
asd
Seismik
Seismik Auswertung
Kombination verschiedene
Impulspositionen
Seismogramm
BL-Seismik
BL-Geophysik
Geoelektrik
Geoelektrische Profilauswertung
Veränderliche Festigkeiten
frisch
Nach 4 Wochen
Ursache: Feuchtigkeitsaufnahme tonreicher
Mergel.
Verwitterung - Festigkeiten
ÖN B 4400-1
E
UCS
SPZ
Wz
Dd
P
[GPa]
[-]
[kJ/m³]
[g/cm³]
[%]
[ °]
[kN/m²]
1.3
1.8
50
30
40°
30°
35
15
1.8
2.3
30
13
30°
20°
20
10
2.3
2.52
13
5
20°
10°
50
25
2.50
2.56
6
3.5
2.54
2.58
4.5
2.5
150
550
2.58
2.62
2.5
1
> 250
2.62
2.64
1
0.5
V-6
Vollständig
verwittert
IV - 5
Stark
verwittert
III - 4
Mittelstark
verwittert
II-III - 3
Leicht
verwittert
II - 2
Angewittert
I-1
Frisch und
unverwittert
0.5
25
25
120
120
250
0.05
2
10
20
5
12
10
100
geschätzt
2
15
10
25
> 170 > 20
20
40
40
60
8
12
12
25
> 60 >17
Kein Daten
100
150
geschätzt
Ermittlung von
Kennwerten
nicht möglich
V4
Veränderlich festes
Gestein
Ermittlung von
Kennwerten
nicht möglich
V 4- total
zersetzt
Lockergestein
VI - 7
Residualboden
c
Nur
Kluft
Festgestein
Verwitterungs- UCS SPZ
grade
[MPa] [MPa]
V3
V2
V 3- tief ins
Gestein
verwittert
V 2- stark
angewittert
V1
V 1- angewittert
(an Kluft)
V 0
V 0- unverwittert
n. Thuro 1998
Bohrgeschwindigkeit
Bohrgeschwindigkeit
Zu
na
hm
e
4
vo
nR
i ss
200
Gesteinseigenschaften
maßgebend
en
im
Ge
bir
[%]
150
ge
sehr hoch
hoch
3
Kluftabstände groß
gegen die Dimension
des Bohrlochs
20 cm
63 cm
Trennflächenabstände
50
mittel
gering
sehr gering
200 cm
0
sehr weit
6,3 cm
eng
0
2 cm
dicht
0,6 cm
weit
Gebirgseigenschaften
maßgebend
mittel
1
sehr dicht
2
100
Zufallen von
Bohrlöchern
die Regel
Störung
Bohrgeschwindigkeit [m/min]
5
20 kW-Bohrhammer
n. Thuro
n. Thuro2003
2003
Verwitterung/Druckfestigkeit
n. Thuro 2003
Bohren/Verwitterung
3.0
2.5
Baggervortrieb
Bohrgeschwindigkeit [m/min]
Bohrgeschwindigkeits-Klassifikation
2.0
1.5
mittel
gering
41 Abschläge - 4651 Werte
1.0
2
3
4
5
6
Verwitterungsgrad
n. Thuro 2003
Bohr-Standzeit
n. Thuro 2003
Bohrrichtungen
Bohr-Halbschalen
Neigungsmessung
INKLINOMETERMESSUNG
Nullmessung 1993 - 2004
Inklinometer Hochmais (Speicher Gepatsch)
Einbau der Pegelrohre
Foto 1993
Bohrloch-Kegelspiegel
Darstellung Kegelspiegel
Links: Bohrloch_Abwicklung
Unten: unverzerrte Aufnahme am
Bildschirm
Fernsehsonde
Links: BL-Kamera mit Monitor
Unten: Darstellung am Bildschirm
Fernsehsonde (Seitenspiegel)
Links: BL-Kamera
Unten: Darstellung einer offenen Kluft
am Bildschirm
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