• Das Gelände des IfG Leipzig

    Das Gelände des IfG Leipzig

  • Das gesteinsmechanische Labor des IfG Leipzig

    Das gesteinsmechanische Labor des IfG Leipzig

  • Bohrkerne des Leine-Steinsalzes (Na3)

    Bohrkerne des Leine-Steinsalzes (Na3)

  • Kuppenstrossbau - Dimensionierung

    Kuppenstrossbau - Dimensionierung

  • Versuchsort Großbohrloch Springen

    Versuchsort Großbohrloch Springen

  • Modellierung von Kavernen

    Modellierung von Kavernen

  • Senkungsprognose über einem Kavernenfeld (Modellierung)

    Senkungsprognose über einem Kavernenfeld (Modellierung)

Gebirgsmodellierung

Für Gebirgsmodellierung und Computersimulationen stehen moderne Personalcomputer und mehrere Parallelrechner zur Verfügung. Es werden eine Reihe von Programmsystemen der Kontinuums- und Diskontinuumsmechanik genutzt, welche die Lösung ebener und räumlicher sowie statischer und dynamischer Problemstellungen gestatten:

 

  • Das IfG entwickelt und verbessert permanent Material- bzw. Stoffmodelle sowie Rechenmethoden und definiert dabei den Stand der Wissenschaft in der Salzmechanik. Die Materialmodelle werden anhand von Labordaten und in-situ-Messungen validert und finden Anwendung im Bergbau, der Speicherung und Endlagerung. Die Materialmodelle werden als benutzerdefinierte DLLs in die numerischen Codes FLAC, FLAC3D, UDEC, 3DEC von ITASCA implementiert. :

    • Stoffgesetz nach Minkley (Visko-elasto-plastisches Stoffmodell)

      universelles visko-elasto-plastisches Stoffmodell mit Entfestigung, Dilatanz und Kriechen (primäres, sekundäres, tertiäres) zur Beschreibung des zeitabhängigen Entfestigungsverhaltens verschiedener Salinargesteine bis zum Kriechbruch:

      Minkley, W., Mühlbauer, J. (2007): Constitutive models to describe the mechanical behavior of salt rocks and the imbedded weakness planes. In K.-H. Lux, W. Minkley, M. Wallner, & H.R. Hardy, Jr. (eds.), Basic and Applied Salt Mechanics; Proc. of the Sixth Conf. on the Mech. Behavior of Salt. Hannover 2007. Lisse: Francis & Taylor (Balkema). S. 119-127.

      Minkley, W., Menzel, W., Konietzky, H., Te Kamp, L. (2001): A visco-elasto-plastic model and its application for solving static and dynamic stability problems in potash mining. Proc. 2nd Int. FLAC Symposium Lyon, 29-31. October, 21-27.

    • Stoffgesetz nach Günther/Salzer (Erweitertes Dehnungs-Verfestigungsmodell)

      kombiniertes Stoffmodell zur Beschreibung des Kriechens von Salzgesteinen einschließlich des inversen transienten und tertiären Kriechens sowie des Festigkeitsverhaltens mit Schädigungsprozessen (Dilatanz) einschließlich des Bruch- und Nachbruchverhaltens:

      Günther, R.-M. & K. Salzer (2007): A model for rock salt, describing transient, stationary, and accelerated creep and dilatancy. In K.-H. Lux, W. Minkley, M. Wallner, & H.R. Hardy, Jr. (eds.), Basic and Applied Salt Mechanics; Proc. of the Sixth Conf. on the Mech. Behavior of Salt. Hannover 2007. Lisse: Francis & Taylor (Balkema). S. 109 – 117.

      Günther, R.-M. and K. Salzer (2012): Advanced strain-hardening approach: A powerful creep model for rock salt with dilatancy, strength and healing. In Proceedings of the 7th Conference on Mechanical Behavior of Salt, Paris, 16–19 April 2012, eds. P. Bérest, M. Ghoreychi, F. Hadj-Hassen, and M. Tijani, 13–22. Leiden: CRC Press/Balkema.

    • adhäsives Haftreibungsmodell nach Minkley

      spezielles Schichtflächenmodell für Grenzflächen im Salzgebirge, umfasst nichtlineare Scherfestigkeit, Adhäsion und Gleitreibung sowie Scherentfestigung:

      Minkley, W., Groß, U.: (1988): Zum Haftreibungsverhalten an Gesteinstrennflächen in Abhängigkeit von der Belastungsgeschichte. Felsbau 6 (1988) Nr. 4, 184-188.

      Minkley, W. (2004): Zum mechanischen Verhalten von Diskontinuitäten im Salzgebirge. BAF Freiberg - Institut für  Geotechnik, 33. Geomechanik Kolloquium, Nov. 2004, Veröffentlichung IFGT Freiberg, Heft 2004-4, 113-126.

    • Diskontinuumsmechanische Modellierung von Salzgesteinen

      Modellierungsansatz, der die polykristalline Struktur von Salzgesteinen berücksichtigt. Das mechanische Verhalten der Salzkristalle wird dabei mit dem visko-elasto-plastischen Stoffmodell  und die interkristalline Wechselwirkung an den Korngrenzen mit dem adhäsiven Haftreibungsmodell beschrieben.  Wesentliche Prozesse wie Rissbildung, Fragmentierung und fluiddruck-getriebene Perkolation entlang der Korngrenzen lassen sich physikalisch nur unter Berücksichtigung der Mikrostruktur der Salzgesteine erklären:

      Minkley, W., Knauth, M., Wüste, U. (2012): Integrity of salinar Barriers under consideration of discontinuum-mechanical aspects. Mechanical Behavior of Salt VII. Taylor & Francis Group, 469 - 478.

      Minkley, W., Knauth, M., Brückner, D. (2013):Discontinuum-mechanical behaviour of salt rocks and the practical relevance for the integrity of salinar barriers. Proc. of the 47th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium 23-26 June 2013, San Francisco, California, USA.

      • MKEN, SENK als spezielle Programmentwicklung des IfG zur Berechnung von zeitabhängigen Spannungsverformungsfeldern um untertägigen Hohlraumsysteme und zur Prognose bergschadenkundlicher Auswirkungen an der Tagesoberfläche.
  • Anwendungen:
    • Nachrechnung von Laborexperimenten zur Modellvalidierung und Parameterbestimmung, z.B. Triaxialversuche oder Kriechversuche
    • Abbaudimensionierung von der Bestimmung der Pfeilertragfähigkeit bis zur statischen und dynamischen Systemstabilität in Grubenfeldern
    • Salzkavernendimensionierung zur solenden Gewinnung und Bestimmung zulässiger Speicherdrücke und -raten beim Betrieb von Gasspeicherkavernen bis zum Langzeitverhalten nach der Verwahrung
    • Dynamische Prozesse wie Pfeilerversagen und Gebirgsschläge
    • Endlagerung von toxischen oder radioaktiven Abfällen, mit Berücksichtigung von thermischen Effekten
    • Integrität geologischer Barrieren und hydraulischer Schutzschichten beim Kali- und Steinsalzbergbau und der Endlagerung