Numerous results of investigation on the time-dependent behaviour of swelling clay rocks on saturation with water are known. The test procedure and the test results are controlled by a reversible physical process which is well-known. The quantitative determination of the chemical processes involved in the time-dependent swelling of anhydrite or rocks containing anhydrite and gypsum is, on the contrary, very difficult. The results become still more complex if the rock contains all the three components: swelling clay, anhydrite and gypsum. The results are reproducible only if the percentage of all components and the structure of the rock are determined pertrographically. Another factor of importance is the size of the sample. As the swelling of rock can often result in damage to tunnels, and drilling without water causes considerable dust near the heading, tests have been made to study the influence of sodium chloride, magnesium chloride and tri-sodium phosphate solutions on swelling in order to investigate the effectiveness of such solutions in preventing swelling or their use as drilling fluid.
Il y a de nombreux resultats d'investigation sur le comportement relatif au temps de pierres argileuses capables de se gonfler à l'ajoutage d'eau. Les resultats d'investigation et le deroulement des investigations sont diriges par un processus physique reversible que l'on connait assez bien. Par contre, la destination quantitative des deroulements chimiques au procede de gonflage relatif au temps de pierres anhydres ou contenant du gypse fait des difficultes considerables. Encore plus difficiles à dechiffrer deviennent les resultats si les pierres contiennent toutes les trois composantes: de l'argile capable de se gonfler, de l'anhydride et du gypse. On ne peut reproduire les resultats d'investigation que si le pourcentage de toutes les composantes de même que la structure des pierres sont definis de maniere petrographique. En plus, le mesurage des echantillons a une influence considerable sur le resultat d'investigation. Comme à la construction de tunnels des procedes de gonflage provoquent souvent des dommages et comme le forage Sans eau moleste 1 'entourage fortement par la poussiere, on a aussi examine l'influence de solutions aqueuses de Natriumchlorid, de Magnesiumchlorid et de Trinatriumphosphat sur de telles pierres afin de pouvoir employer de telles solutions p. ex. à la repression de procedes de gonflage ou bien comme eau de lavage pour sondages.
Über das zeitabhangige Verhalten bei Wasserzugabe von quellfahigen Tongesteinen liegen zahlreiche Untersuchungsergebnisse vor. Versuchsergebnis und Versuchsablauf werden von einem reversiblen physikalischen Prozeβ gesteuert, der weitgehend bekannt ist. Dagegen bereitet die quantitive Bestimmung der chemischen Ablaufe beim zeitabhangigen Schwellvorgang von anhydrite- bzw. anhydrit- und gipsfuehrenden Gesteinen erhebliche Schwierigkeiten. Noch undurchschaubarer werden die Resultate, wenn das Gestein alle drei Komponenten: quellfahigen Ton, Anhydrit und Gips enthalt. Die Versuchsergebnisse sind nur dann reproduzierbar, wenn der prozentuale Anteil aller Komponenten und die Gesteinsstruktur petrographisch bestimmt werden. Einen wichtigen Einfluβ auf das Versuchsergebnis hat ferner die Probenabmessung. Da im Tunnelbau Blahvorgange haufig Schaden bewirken und da beim Bohren ohne Wasser eine sehr starke Staubbelastigung entsteht, wurde auch der Einfluβ von wassrigen Kochsalz-, Magnesiumchlorid- und Trinatriumphosphatlösungen auf solche Gesteine untersucht, um soche Lösungen etwa zur Bekampfung von Blahvorgangen oder als Bohrspuelung verwenden zu können.
Schaden an lange bestehenden aber auch erst juengst fertiggestellten Tunnelbauwerken sind vielfach dadurch entstanden, daβ die Volumenvermehrung bestimmter Minerale unbekannt war oder aber ihre Auswirkungen unterschazt wurden. Diese Volumenveranderung ist meist zudem mit einer Entfestigung des Gebirges verbunden, bzw. Gefuegeveranderungen fuehren zu einer Verschlechterung der geomechaniscnen Gebirgskennwerte. Zur Volumenvermehrung infolge Wasseraufnahme neigen bestimmte Tonminerale wie Montmorillonit, Corrensit und offener illit. Weiterhin kann die Umwandlung von Anhydrit in Gips, wenn bestimmte Voraussetzungen vorliegen, theoretisch von einer bis zu 61 % betragenden Volumenvergröβerung begleitet sein. Auch Eisensulfide können infolge Oxydation quellen (MARTNA, 1970). Der Vorgang der Tonquellung einerseits und die Volumenvermehrung von Anhydrit in Gips andererseits weisen unterschiedliche Merkmale auf und laufen nach eigenen Regeln ab. Die Kenntnis dieser Gesetzmaβigkeiten sind aber dringend erforderlich, um labor- und in situ- Versuche mit Gesteinen, welche sowohl quellfahige Tonminerale wie auch Calciumsulfate enthalten, richtig zu interpretieren. Es sind zwar in den letzten Jahren zahlreiche neue Erkenntnisse gewonnen worden, insbesondere in einer interdisziplinaren 'Forschungsgruppe Gipskeupertunnel' (1975), aber eine echte Quantifizierung der Quell- bzw. Schwelldruecke fuer ein Mehrphasensystem steht-noch aus. Erst dann können die Vorgange in der Natur und die Auswirkungen fuer den Untertagebau Besser verstanden und sinnvolle Gegenmaβnahmen eingeleitet werden.
Das Quellverhalten von Tongesteinen ist in der Boden- und Felsmechanik vielfach untersucht worden (HUDER und AMBERG, 1970 und MADSEN, 1976), so daβ dafuer ein Spannungsverformungsgesetz von GROB (1972) und EINSTEIN, BISCHOFF und HOFMANN (1972) formuliert werden konnte. Zum besseren Verstandnis des Quellvorganges bei Tonmineralen werden die wichtigsten Gesetzmaβigkeiten zusammenfassend beschrieben. Die Quellfahigkeit einiger Tonminerale (z. B. Montmorillonit, Corrensit) beruht darauf, daβ ein Teil des A13 + der Oktaeder-Schichten durch Kationen niedrigerer Wertigkeit (z. B. Mg2 + im Montmorillonit) ersetzt wird (isomorpher Ersatz).
