In der vorliegenden Arbeit wurde ein Stoffmodell entwickelt, mit dem bei Salzgestein, aber auch bei anderen vergleichbaren Materialien, neben der Sofortdeformation, dem primaren und sekundaren Kriechen auch tertiares Kriechen beschrieben werden kann. Dazu wurde ein rheologisches Modell entwickelt, welches sich als eine Hintereinanderschaltung eines Kelvin- und eines modifizierten Bingham-Körpers ergibt. Es erfolgte eine Verallgemeinerung des Modelles ueber mechanische Annahmen in eine dreidimensionale, fuer ein Finite Element Programm geeignete Formulierung. Berechnungen von rotationssymmetrischen Salzkavernen wurden durchgefuehrt. Dabei zeigte sich insbesondere in stark beanspruchten Gebieten eine deutliche Erhöhung der Verformung, wogegen die Volumenkonvergenz bei den hier eingefuehrten Parametern wenig beeinfluβt wurde.
In this paper a material model was introduced in order to describe the immediate deformation, the primary and the secondary creep but also the tertiary creeping of salt or other similar materials. For this purpose a rheological model was developed which is a sequence of a Kelvin and a modified Bingham body. A 3-dimensional formulation of the rheological model which is suited for finite element computations was derived with the help of mechanical assumptions. In calculating axial symmetrical salt caverns parameter studies are presented. A distinct increase of deformation appeared-especially i strongly distorted regions while volume convergence in using the introduced parameters was only minimaly changed.
La presente etude s'attache à developper le concept de "contraintes- deformations" d'un materiaux tel que le sel gemme ou materiaux comparables, incluant le fluage tertiaire aux fluages primaire et secondaire. Pour cela on etablit un modèle rheologique forme d'elements Kelvin et Bingham (modifie) assembles lineairement. Le fluage tertiaire represente ainsi le centre d'interêt de cette recherche. Pour aboutir à cette fcrmulaticn tridimentionelle apte à être programmê dans un element fini il fut necessaire de prendre pour acquis certaines supposions. Ce qui entraine la constatation suivante: une contrainte plus forte de certaines parties entraine une deformation plusgrande. Neamoins l'influence surle volume global de la caverne reste insignifiant.
Salz ist ein Material mit ausgepragtem visko-plastischen Verhalten. Im Gegensatz zu der modernen weit entwickelten Felsmechanik tritt das Material Salz im Zusammenhang mit Ingenieurbauwerken erst in juengerer Zeit verstarkt in Erscheinung. Verursacht wird dies durch die fuer die Nutzung guenstigen Eigenschaften wie z.B. ein undurchlassgies Kristallgefuege und ausbaufreie Standfesttgkeit fuer groβe untertagige Hohlraume. Die aus dem Bergbau herruehrenden Erfahrungen und Methoden [1]sind wegen der veranderten Belastungsgefalle hinsichtlich Gröβenordnung der Kavernen undsicnerer Bestimmung der Standfestigkeit, wie auch neuer, das Material verandernde Belastungsfalle, nicht mehr ausreichend. Das bei Salz auftretende ausgepragte Zeit-Verformungs-Verhalten, welches sich durch eine Sofortdeforma tion und die drei Stadien des reversiblen und irreversiblen Kriechens auszeichnet, wird hauptsachlich durch eine rheologische Betrachtungsweise beschrieben. Sowohl das primare wie auch das sekundare Kriechen, bei dem Deformationen mit konstanter Fliege-chwindigkeit auftreten, sind in der Literatur fuer Salzgestein im speziellen [9],als auch fuer Gesteine [3]und andere Materialien wie Verfestigungsinjektionen [7] beschrieben worden,wobei mit Hilfe von experimentell bestimmten Parametern das Stoffverhalten ueber rheologtsche Stoffgesetze fuer die einzelnen Stadien erfaβt wird. Bei der Miterfassung des tertiaren Kriechens ist ein komplexeres rheologisches Modell notwendig, da nach dem Stadium des konstanten Kriechens eine Beschleunigung der Verformung eintritt, die den Kriechbruch ankuendigt. Diese Kriechverformung setzt sich aus intergranularem Gleiten und Versetzungen zusammen [4].Fuer die Berechnung der Verformungen und Spannungen in Salzkavernen ist die Miterfassung des tertiaren Bereiches im Hinblick auf die Dimensionierung und damit impliziert die Standsicherheitsberechnung von Bedeutung. Bei der Messung des Zeit-Verformungs- Verlaufes in Salzgesteinen ergeben sich selbst bei gleicher Salzart starke Unterschiede [2]. Dies ist zum einen auf das Material selbst zurueckzufuehren (Belastungsund Deformationsvorgeschichte, Inhomogenitaten etc.), zum anderen aber auch auf die sehr verschiedenen Bestimmungsarten. So sind insbesondere in Labortests der Probengeometrie, der Belastungsarten und der Belastungsgeschwindigkeiten groβe Bedeutung beizumessen. Aus diesen ueberlegungen wird deutlich, daβ es zur Zeit nur sehr schwer möglich ist, fuer ein Salzgestein reprasentative Zeit- Verformungs-Verlaufe zu messen, aus denen dann die Parameter, fuer in Anwendung kommende rheologische Modelle, bestimmbar sind. Bei der Berechnung von Bauwerken in Salzgestein erscheint es deshalb sinnvoll, Parameterstudien durchzufuehren, um den Einfluβ der einzelnen Stoffparameter auf Spannungen und Verformungen zu ermitteln. Ein geeignetes Verfahren hierfuer stellt die Methode der finiten Elemente dar. [11] In der vorliegenden Arbeit werden mit dem Verfahren der finiten Elemente Parameterstudien an rotationssymmetrischen Kavernen in Salzgestein durchgefuehrt.
Bei Zugrundelegung der linearen Viskoelastizitatstheorie kann mit Hilfe des Boltzmann'schen Superpositionsprinzips eine befriedigende Beschreibung des Verhaltens bestimmter Materialien, wie z.B. Beton 1o, erzielt werden. Aus der Spannung σl{t) folgt eine Deformation ε1(t),die bei Aufbringung eines neuen Spannungszyklus eine Gesamtdeformation ε1(t) +ε1(t) zur Folge hat. Die klassischen Elemenee dieser Theorie sind die Hooke'sche Feder und der Newtons'sche Dampfungstopf, die in Reihe und/oder parallelschaltung als rheologische Körper angeordnet werden. Die Parallelschaltung impliziert gleiche Verschiebungen eines Elementes, wobei die Spannungen additiv sind, wahrend bei der Reihenschaltung gleiche Beanspruchung uebertragen wird und die Verformungszuwachse additiv sind.
