ROCKBURST - Bergschlag

Die Prognose des Gebirgsverhaltens ist im Tunnelbau und Bergbau, sowie bei Geothermie-Projekten und für Erdbebenvorhersagen von größter Bedeutung. Um ein Gebirgsversagen prognostizieren und damit vermeiden zu können, ist ein tiefgreifendes Verständnis der Rissbildungsprozesse im Gestein unabkömmlich. Sprödes Versagen ist besonders problematisch, da das Gestein hierbei abrupt und praktisch ohne Voranzeichen versagt. Laborversuche und Untersuchungen in tiefen Tunneln und in Bergbauen mit großer Überlagerungsmächtigkeit haben gezeigt, dass gewisse Gesteinsarten in hohem Ausmaß elastische Energie speichern können und daher zu bergschlagartigem, energiereichem Versagen neigen. Publizierte Untersuchungen zu Sprödbruchverhalten und Rissbildungsprozessen in sprödem Gestein brachten keine Erkenntnisse bezüglich der zugrundeliegenden Wirkungsmechanismen. Bis dato wurde keine systematische Laboruntersuchung zum Einfluss der Mikrostruktur auf den Versagensmechanismus durchgeführt. Das vorgeschlagene Projekt untersucht in einem interdisziplinären Ansatz, wie mikromechanische sowie mikrostrukturelle Gesteinseigenschaften den Versagensmechanismus beeinflussen. Der ProjektArbeitsfluss verschachtelt eine Anzahl aktueller Gesteinstestdatenerfassungs und Simulationsmethoden: Nach initialen mineralogischen Untersuchungen durchlaufen künstlich hergestellte und natürliche Gesteinsproben Zyklen von zerstörungsfreier Mikrostrukturanalyse und Kompressionsversuchen. Die Mikrostruktur der Gesteinsprobe wird dabei jeweils mit Mikrotomographie (μCT) erfasst und daraufhin einem Uniaxialem Kompressionstest unterzogen, der mit einem Akustischen Emissions Test kontrolliert wird. Objektbasierte Bildanalyse (OBIA) erzeugt aus den μCT Daten aller Belastungszyklen ein (3D+t) Prozessmodell der Mikroriss Entwicklung in jeder Probe. Aus den Prozessmodellen werden Trainingsbilder für MultiplePointGeostatistik Simulationen (MPS) abgeleitet. MPS wird für eine Hochskalierung der Testergebnisse vom Probenin den Vortriebsmaßstab eingesetzt. Eine internationale Gruppe anerkannter Experten wird das Forschungsprojekt durchführen; wir erwarten völlig neue Einblicke und ein quantitatives Verständnis der relevanten mikromechanischen Prozesse in hochbeanspruchten spröden Gesteinen. Die potentiellen Ergebnisse sind eine notwendige Basis für weitere Entwicklungen zur Risikominimierung in tiefliegenden Bergbauen und Bauwerken und zur besseren Vorhersage seismischer Ereignisse im Zusammenhang mit HydroFracturing Verfahren.