Tonstein als Wirtsgestein: Ein geomechanischer Beitrag über Opalinuston

Abstract

Der Opalinuston ist ein prominenter Vertreter der organikhaltigen Tonsteine oder Schiefertone, die in der Schichtenfolge aus Trias und Jura regional ein mehrere Zehnermeter mächtiges, relativ homogenes Schichtpaket bildet. In Abhängigkeit vom Verfestigungsgrad der Pelitgesteine variieren die geomechanischen Parameter Scherfestigkeit, Zugfestigkeit und Durchlässigkeit, die bei einer zu diskutierenden Nutzung als Wirtsgestein für die Lagerung radioaktiver Abfälle auch bautechnische Bedeutung erlangen. Ein Tunnelvortrieb im Opalinuston bot die eher seltene Gelegenheit, Proben aus unverwittert frischen Schiefertonen in größerem Umfang als bei üblichen Bohrungen zu gewinnen. Es werden geomechanische Laborversuche, insbesondere mehrstufige, triaxiale Kompressionsversuche und Hydraulic‐Fracturing‐Versuche an definiert räumlich eingespannten Quaderproben ausgewertet, um Scherfestigkeit, hydraulische Zugfestigkeit sowie Durchlässigkeits‐ bzw. Abdichtungseigenschaften des Opalinustons zu charakterisieren. Einführend wird in diesem Kontext die Bedeutung des Sättigungszustands und dessen Veränderlichkeit diskutiert. Die ermittelten geomechanischen Parameter werden verglichen mit vormals höher und mit ähnlich beanspruchten, äußerlich gleich erscheinenden Pelitgesteinen aus Japan und aus der Schweiz. Clay shale as host rock: a geomechanical contribution about Opalinus clay. The Opalinuston is a prominent rock representing the type of organic clay shales or clay stones within the sequence of Triassic and Jurassic marine sediments in Southern Germany. The rock forms a homogenous unit some ten meters thick. The degree of consolidation of this type of pelitic rock depends mainly on the former load conditions, but is also dependent on the long‐term weathering and even on the present exposition. The geomechanical parameters such as shear strength, tensional strength and permeability vary with the state of consolidation and become important when the use is discussed of such rocks for radioactive waste disposal. A tunneling project at the northern escarpment of the Swabian Alb (Southwest Germany) within the Opalinus clay offered the rare opportunity to obtain fresh unweathered rock samples in greater amounts compared to fresh drilling cores from which geomechanical investigations are usually undertaken. Consequently, the results of geomechanical laboratory testings are presented in order to compare here the results of multistep triaxial compression tests, of hydraulic fracturing laboratory tests and of some other tests for rock characterization with the corresponding results of Opalinus clay sites in Switzerland that were investigated by the Swiss Nagra Company for host rock characterization. After a discussion of the relevant state of fresh Opalinus clay, especially of suction pressure conditions and saturation state, the results of triaxial shear tests are presented. Increasing shear deformation at increasing pressure and unchanged water saturation do not result in a significant strength reduction of the Opalinus clay. The ...

Klassifizierung der verwitterungsabhängigen Zerfallsneigung veränderlich fester Gesteine

“…Auch der Zusammenhang zwischen Saugspannung und Sättigungsgrad wird als zerfallsbeeinflussend beschrieben . Bei Luftkontakt wird der Sättigungsgrad reduziert, was sich auf die Saugspannungen auswirkt.…”

“…Durch eine Erhöhung des Porenvolumens kommt es zu einer Absenkung des Sättigungsgrads und so zu einer Erhöhung der wirksamen Saugspannungen. Ist ein Nachströmen des Grundwassers aufgrund geringer Durchlässigkeit oder da das Gestein oberhalb des Grundwasserspiegels ansteht, nicht schnell genug möglich, entsteht ein Sättigungsdefizit, das durch die Saugspannungen mit Kluft‐ und Rissbildungen kompensiert wird . Der Umstand, dass es durch Spannungsentlastungen zum Auftreten von Saugspannungen kommt und diese den Zerfall von Probenmaterial bewirken, wurde auch in beschrieben.…”