Condensed Presentation Of Experimental Results About The Stress And Temperature Dependent Strength And Strain Behaviour Of Salt Rocks

From creep experiments with Younger Halite Na 313 a material model is derived for the steady state creep. This multi-mechanism model represents the dependence of stress and temperature. The results of uniaxial and multiaxial stress and strain controlled laboratory experiments show that the failure behaviour of this rock salt not only depends on the stress but also on the strain rate and the temperature. The failure law derived, which includes the creep behaviour too, has to be quantified by further experiments.

Aus Kriechexperimenten an Leine-Steinsalz Na 31ß wird fuer stationueres Kriechen als wesentlichem Anteil der Langzeitverformung ein Stoffmodell abgeleitet,das als additives Mehrmechanismenmodell die Temperatur- and Spannungsabhangigkeit des Kriechens beschreibt. Die. Ergebnisse ein- and mehrachsiger spannungs- and dehnungsgeregelter Versuche zeigen, daß das Festigkeits- bzw. Bruchverhalten dieses Steinsalzes nicht nur von der Spannung,sondern such von der Dehnungsgeschwindigkeit and der Temperatur bestimmt werden. Das daraus entwickelte Bruchkriterium, das zudem noch das Kriechverhalten erfaßt, muß noch durch weitere Versuche quantitativ abgesichert werden.

Des experiences de fluage faites avec le sel gemme "plus jeune" Na 3ß ont permis de decrire le fluage stationnaire, à long terme la part essentielle de la deformation, par un modèle plurimecanique qui depend additivement de la temperature et de l''etat de contrainte. Les resultats d''experiences uni-et multiaxiales, à compressions prereglees, montrent que la resistance et le comportement à la rupture de ce sel gemme sont determines, non seulement par l''etat de contrainte, mais aussi par la vitesse de deformation compressive et par la temperature. Un critère de rupture, qui de plus rend compte du comportement du fluage, a ainsi ete developpe. Mais d'' autres experiences sont necessaires pour le determiner numeriquement.

Im Rahmen von Forschungs- and Entwicklungsarbeiten zur Endlagerung von radioaktiven Abfallen in Salzformationen werden seit einigen Jahren von der Gesellschaft fuer Strahlen- and Umweltforschung mbH Muenchen (GSF), gemeinsam mit der Bundesanstalt fuer Geowissenschaften and Rohstoffe (BGR), Hannover, experimentelle Untersuchungen zum thermomechanischen Verhalten von Salzgesteinen der Schachtanlage Asse der GSF, Remlingen/ Wolfenbuettel, durchgefuehrt. Aufgabe dieser Laborexperimente ist es, ein mbglichst umfassendes Bild ueber das spannungs- and temperaturabadngige rheologische Verhalten von Salzgesteinen zu ermitteln. Dabei werden folgende Teilziele verfolgt:

1. Die Erforschung physikalischer Grundlagen der Verformbarkeit and Festigkeit einschliefßlich Kriebh- and Bruchmechanismen von Salzgesteinen.

2. Bereitstellung von geotechnischen Kennwerten von Salzgesteinen and physikalisch begruendeten Stoffgleichungen.

3. Anwendung and Weiterentwicklung standardisierter experimenteller Untersuchungstechniken zur Ermittlung der maßgeblichen mechanischen Parameter.

Die Untersuchungen werden im Rahmen eines mit der Kommission der Europaischen Gemeinschaften abgeschlossenen Forschungsvertrages durchgefuehrt and von dieser finanziell gefordert, wofuer an dieser Stelle besonders gedankt sei.

Die experimentellen Arbeiten, ueber deren bisherigen Ergebnisse an dieser Stelle zusammenfassend berichtet wird, erstrecken sich dabei auf

1. ein- und mehrachsige Experimente zum Kriechverhalten von Salzgesteinen unter zeitlichen konstanten, jedoch unterschiedlichen Differenzspannungen und Temperaturen sowie

2. spannungs- und verzerrungsgeregelte einund mehrachsige Experimente zum Verformungsund Bruchverhalten von Salzgesteinen. Die Kriechexperimente an zylindrischen Proben wurden ueberwiegend als einachsige Versuche unter konstanten Mantelspannungen bis zu 18 MPa und konstanten Temperaturen im Bereich von 300 bis 573 K durchgefuehrt. Zusuetzliche Experimente wurden als Temperaturwechselversuche bei konstanter Spannung und als Spannungswechselversuche bei konstanter, jedoch erhöhter Temperatur vorgenommen. Die einachsigen Kriechversuche konnten inzwischen durch triaxiale Kriechexperimente bei Raumtemperatur erganzt werden. Sie bestuetigen, daß eine hydrostatische Be- und Entlastung bei gleichbleibender Differenzspannung keinen nennenswerten Einfluß auf die Kriechrate nimmt. Die ein- und mehrachsigen spannungs- und verzerrungsgeregelten Experimente wurden bei Mantelspannungen bis zu 20 MPa mit Raten fuer die Zunahme＿der Differenzspannung im Bereich von 2.10⁻³ bis zu 10MPa /min bzw. mit axialen Verzerrungsraten im Bereich von 6,7.10–8 bis 6,7.10–2 s-1 durchgefuehrt. Sie wurden im wesentlichen bei Raumtemperatur an zylindrischen Proben als Kompressionsversuche durchgefuehrt, jedoch in Experimenten an wuerfelfSrmigen Proben unter erhShten Temperaturen bis zu 533 K auch als Extensionsversuche. Die Standardabmessungen zylindrischer Pruefkórper sind 100 mm Durclimesser und 250 mm Höhe, die der Wuerfel im allgemeinen 11,5cm Kantenlange. Die hier vorgetragenen Untersuchungsergebnisse beziehen sich ausschlieBlich auf Liniensalz Na 38 der Leine-Serie (Zechstein 3). Es handelt sich hierbei um ein ueberwiegend mittelkristallines sehr reines Steinsalz, welches sich in seinem Mineralgehalt durch hohe Halit-Anteile von meist 97＿- 99% und geringe accessorische Beimengungen von Anhydrit, untergeordnet von Polyhalit und bisweilen von Kieserit auszeichnet. Wegen seiner Reinheit und weitgehenden Homogenitat erwies sich dieses Steinsalz fuer grundlegende Experimente, auch als Referenzmaterial fuer vergleichende Untersuchungen an anderen Salzgesteinen am besten geeignet. An dieser Stelle soll nicht nueher auf die eingesetzten Pruefstande und -einrichtungen eingegangen werden. Teilweise wurden sie von M. Langer (1979) und M. Wallner et al. (1979) naher beschrieben. Die einzelnen Pruefmaschinen werden hinsichtlich Arbeitsweise,technischer Austatung und angewandter MeStechnik laufend verbessert. Fuer spezielle Experimente wird in zunehmenden Ma(3e ein prozessgeregelter Versuchsablauf eingefuehrt.

Die phanomenologischen Beobachtungen aus den verschiedenen Kriechexperimenten lassen sich wie folgt zusammenfassen:

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  Nur deviatorische Beanspruchungen nehmen Einfluß auf die Kriechverformungen.

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  Unter konstanter thermo-mechanischer Beanspruchung stellt sich eine stationare Kriechrate konstanter Geschwindigkeit ein.