Both an appropriate description of the rock mass stress—strain behaviour and a reliable estimation of the in—situ stresses represent important prerequisites for the economic design of large underground openings in rock. The influence of the in—situ state of stress on the secondary stresses and deformations induced in the rock mass during excavation of a cavern are investigated on the basis of analysis results obtained using the finite element method. These investigations enable recommendations for an economic design of the support. Finally, some problems for the design of underground openings with very large span are discussed.
Eine wesentliche Voraussetzung fuer den wirtschaftlichen Entwurf großer Felshohlraume ist eine zutreffende Beschreibung des Spannungsdehnungsverhaltens des Gebirges sowie die richtige Einschatzung des Primarspannungszustandes. Auf der Grundlage von Berechnungsergebnissen nach der Methode der Finiten Elemente wird der Einfluß des Primarspannungszustandes auf die Spannungen and Verformungen im Fels beim Ausbruch einer Kaverne untersucht. Daraus ergeben sich Hinweise fuer eine wirtschaftliche Dimensionierung and Bemessung der Sicherungsmittel. Abschließend wird auf die Probleme, die sich daraus fuer den Entwurf von Hohlraumen mit sehr grofßen Abmessungen ergeben, eingegangen.
Une condition importante pour le projet economique des cavites rocheuses est une description precise de la relation entre lee contraintes et les deformations de la roche ainsi qu''une estimation exacte de 1''etat de contrainte naturel. Les effets de l''etat de contrainte naturel sur les contraintes at les deformations dans la roche lors de 1''extraction d''une caverne sont examines sur base de resultats calcules suivant la methode des elements finis. I1 en resulte des remarques concernant le calcul economique et le dimensionnement du revêtement et du boulonnage du rocher. Pour conclure les proble''mes concernant le projet de cavites a très grand metrage sont commentes.
In diesem Beitrag soil ueber einige felsmechanische Probleme berichtet werden, die im Zusammenhang mit dem Entwurf and der Ausfuehrung von Kavernen fuer Wasserkraftanlagen haufig auftreten. Nach den Erfahrungen des Autors, der in den letzten Jahren an mehreren Projekten dieser Art als Berater beteiligt war, liegt der Schluessel zur Lösung dieser Probleme in der richtigen Einschatzung des Spannungsdehnungsverhaltens des Gebirges sowie der Primarspannungen. Deshalb wird zunachst kurz eine Mo- dellvorstellung fuer das Spannungsdehnungsverhalten von Fels er1autert, die in den vergangenen Jahren vom Autor and seinen Mitarbeitern entwickelt wurde [9, 14]. Dabei wird insbesondere auf die Schwierigkeit eingegangen, die erforderlichen felsmechanischen Kennwerte zu ermitteln. Es wird gezeigt, daß einige weit verbreitete and Behr oft angewendete felsmechanische Versuche bei bestimmten Gebirgsverhaltnissen hierfuer nicht oder nur begrenzt geeignet sind. Anschließend wird auf den Einfluß der Primarspannungen auf die Spannungsumlagerung and die Verformungen beim Ausbruch einer Kaverne eingegangen. Daraus ergeben sich einige Hinweise auf Probleme, die sich fuer die Standsicherheit von Kavernen ergeben können. Diese Probleme, wie auch die Vorgehensweise bei der Bemessung and Überpruefung von Sicherungsmaßnahmen, werden an einigen Beispielen erlautert. Abschließend werden einige Schlußfolgerungen, die sich daraus fuer den Entwurf von Kavernen mit großen Abmessungen ergeben, gezogen.
Die Trennflachen im Fels, die in Form von Kleinklueften, Großklueften sowie von weit durchgehenden Störungen auftreten können, haben bekanntlich einen maßgeblichen Einf1uß auf das Spannungsdehnungsverhalten. An einer Vielzahl von Felsarten 1aßt sich zeigen, daß, durch die Entstehung bedingt, eine oder mehrere Scharen annahernd ebener und zueinander paralleler TrennflSchen vorhanden sind, die das Gestein entweder teilweise oder vollstSndig durchtrennen. Es hat sich bewShrt, einen solchen Fels durch ein Gefuegemodell zu beschreiben, das sowohl ein Modell fuer das Korngefuege des ungekluefteten Gesteins als auch fuer das TrennflSchengefuege beinhaltet [14]. In den Bildern 1 bis 4 sind vier Beispiele fuer die Zuordnung unterschiedlicher Felsarten zu entsprechenden Gefuegemodellen dargestellt. - Der in Bild la dargestellte Granit 1aßt sich durch die Kombination eines richtungslosen Korngefueges fuer das ungeklueftete Gestein und eines allgemeinen raumlichen Trenna Granit Bild 1 Gefuegemodell eines Felses mit richtungslosem Korngefuege und allgemeinem raumlichen Trennflachengefuege. flachengefueges beschreiben (Bild 1b). Bei dem in Bild 2a dargestellten Schiefer handelt es sich um einen Fels mit flachigem Korngefuege und einem allgemeinen raumlichen Trennflachengefuege, wobei die Seh''referung sowohl, iie flachenhafte Textur des Gesteins bestimmt, als auch als Trennflachenschar S ausgebildet ist (Bild 2b). Auch ein Sandstein mit gefuellten Schichtfugen aus feinkcirnigen BSden kann einem geometrischen Gefuegemodell zugeordnet werden (Bild 3). Der in Bild 4b dargestellte Basalt ist ein Beispiel fuer einen Fels mit richtungslosem Korngefuege und "linearem" Trennfldchengefuege (Bild Wenn man diese Gefuegemodelle in mechanische Modelle umsetzen will, dann stellt sich zunachst die Frage, ob es dabei notwendig ist, jede Trennflache mit ihren mechanischen Eigenschaften einzeln nachzubilden, um das Spannungsdehnungsverhalten des Felses zutreffend zu beschreiben. Abgesehen davon, daB es nicht mSg- lich sein wird, alie Trennflachen in ihrer Lage and ihrer Ausbildung in der Natur zu erkunden and somit geometrisch zu erfassen, wird vom Autor die Auffassung vertreten, daß man in vielen Fallen auch gar nicht danach streben sollte, weil der Fels unter bestimmten Bedingungen durch ein sogenanntes "homogenes Modell" beschrieben werden kann, das im folgenden naher erlautert werden soil [14].
