Fuer die Berechnung thermomechanischer Effekte bei der Einlagerung hochradioaktiver Abfalle in Salzgestein ist die Kenntnis der zeit- und temperaturabhangigen Stoffkennwerte grundlegende Voraussetzung. Zur Bestimmung rheologischer Kennwerte wurden in der BGR, Hannover, spezielle Versuchseinrichtungen (Zeitstandpruefeinrichtung mit 35 Pruefplatzen bei Raurntemperaturen, 9 Pruefplatze bei Temperaturen bis 350°C sowie mehrere Triaxialpruefanlagen) entwickelt. Es werden einige Versuchstechniken und die Auswertung der Versuche erlautert sowie Ergebnisse ueber die Abhangigkeit der sekundaren Kriechgeschwindigkeit und der mehraxialen Festigkeit von der Temperatur angegeben.
Calculations regarding the thermal-mechanical effects of underground disposal of high level wastes in salt deposits require detailed knowledge of the time and temperature dependent mechanical behaviour of rock salt. A creep testing machine with the possibility for testing 35 samples at room temperature and 9 samples at temperatures up to 3500C at the same time as well as several triaxial testing equipment have been developed at the BGR, Hannover. The testing equipment, some testing techniques and the method of analysing the test data are explained. Some results for the temperature dependence of the creep rate and the strength are presented.
Le calcul des effets thermomecaniques lors de l'emmagasinage des dechets hautement radioactifs dans les formations salines implique la connaissance des lois de comportement variables avec le temps et la temperature. Des dispositifs speciaux d'essais on ète developpes au BGR, Hanovre, pour determiner les paramètres rheologiques; il s'agît d'installations de mesures de fluage avec 35 echantillons à temperature arnbiante, 9 echantillons à temperature elevee (jusqu'à 350°C) et diverses installations pour la mesures de l'etat de contrainte triaxiale. On decrit les installations d'essais, quelques techniques d'essais et on explique les methodes d'analyses des donnees; on presente les resultats obtenus par les experiences sur la variabilite de la vitesse secondaire de fluage et sur la resistance triaxiale de la temperature.
Das Entsorgungskonzept der Bundesrepublik Deutschland zur Nutzung der Kernenergie sieht vor, daβ die hochradioaktiven Abfalle (HLW) der Kernkraftwerke in einem Salzstock eingelagert werden (HAGEN u. RANDL 1976). Die Einlagerung warmefreisetzender hochradioaktiver Abfalle hat thermomechanische Auswirkungen zur Folge, die im Rahmen einer Sicherheitsanalyse untersucht werden. Der vorliegende Beitrag beschreibt die in der Bundesanstalt fuer Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) entwickelten Versuchseinrichtungen und Prueftechniken zur Bestimmung rheologischer Kennwerte von Salzgestein, die die Grundlage fuer die Anwendung moderner numerischer Rechenverfahren zur Stabilitats analyse darstellen.
Die Freisetzung radioaktiver Zerfallswarme bei der Einlagerung von HLW im Steinsalz hat thermisch induzierte Spannungen und Verformungen sowie eine Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften von Steinsalz zur Folge. Die aus der Temperaturerhöhung resultierenden felsmechanischen Auswirkungen können sowohl fuer die Standsicherheit offenzuhaltender Lagerstrecken als auch fuer die Integritat des Unverritzten von Bedeutung sein. Zur Ermittlung der thermischen Belastbarkeit ist daher die Kenntnis der Abhangigkeit der Festigkeits- und Formanderungseigenschaften von der Zeit und der Temperatur erforderlich. Das charakteristische Verformungsverhalten von Steinsalz ist in Fig.1 anhand einiger Kriechkurven dargestellt. Sie weisen charakteristische Abscnnitte auf, die als primarer, sekundarer und tertiarer Kriechbereich bezeichnet werden. Bei steigender Beanspruchung bzw. steigender Temperatur geht die Kriechkurve 1 kontinuierlich in Kriechkurve 3 ueber. Um die im Labor gewonnenen Ergebnisse auf in situ Verhaltnisse und lange Zeitraume extrapolieren zu können, sind festkörperphysikalisch begruendete Beschreibungen der Verformungs- und Bruchgesetze zweckmaβig.
Zur Bestimmung der zeitabhangigen Festigkeits- und Formanderungseigenschaften wurde in der BGR eine zeitstandpruefeinrichtung entwikkelt, bei der Gesichtspunkte des Probendurchsatzes und der Temperaturbeeinflussung besonders beruecksichtigt sind (ALBRECHT et al., 1978; LANGER u. KERN 1978). Fig.2 zeigt einen Teil der 7 Belastungsrahmen, die eine gleichzeitige Prlifung von jeweils 5 Proben (h = 250 mm, d = 100 mm) bei Raumtemperatur erlauben. Die Nennlast der Rahmen betragt 500 kN. Die Lastkonstanthaltung erfolgt ueber ein pneumatisch-hydraulisches Regelsystem. Es ist sowohl eine konventionelle Messung der Kriechverformung mit Meβuhren zwischen den Druckplatten vorgesehen als auch eine kontinuierliche Registrierung mit induktiven Wegaufnehmern, die in einer speziellen Halterung direkt an der.Probe befestigt werden (Fig.3). Fig.4 zeigt 3 pruefstande, die mit jeweils 3 Temperaturkammern ausgeruestet sind, in denen regelbareTemperaturen bis 350°C erzeugt werden können. Um das Kriechverhalten auch bei triaxialen Bedingungen untersuchen zu können, wurde eine in die bestehenden Belastungsrahmen einzusetzende Druckzelle entwickelt (Fig.5). Fuer Untersuchungen zum Festigkeits- und verformungsverhalten unter beliebigen dreiaxialen Spannungszustanden ist eine Echt-Dreiaxialpruefeinrichtung vorhanden (Fig. 6 und 7). Diese Versuchsapparatur stellt eine aus 3 Saulenpressen bestehende Pressenkombination dar, in der wuerfelförmige Proben (a = 70 bzw.115 mm) untersucht werden können. Die Proben können ueber die hochwarmfesten Druckplatten aufgeheizt werden. Auβerdem wird derzeit eine elektronisch regelbare Druckzelle fuer Temperaturen bis 400°C entwickelt.
ZIel der Untersuchungen ist:
die Ermittlung der Beanspruchung (σ,T), bei der noch kein Kriechen auftritt bzw.bei der die primare Kriechphase nach einer endlichen zeit zur Ruhe kommt (Abklingen der zeitabhangigen Verformungen)
die Ermittlung der stationaren Kriechgeschwindigkeit εS im sekundaren Kriechbereich als Grenzwert des verformungsverhaltens
die Ermittlung der Beanspruchung (σ,T), bei der die sekundare Kriechphase unabweisbar in die tertiare Kriechphase mit zwangslaufigem Kriechbruch uebergeht.
