Ausgangspunkt für belastbare geomechanische Bewertungen ist eine physikalisch plausible begründete und realitätsnahe Beschreibung des Materialverhaltens. Das IfG entwickelt und verbessert permanent Stoffmodelle für Salzgesteine, das Deckgebirge und Schichtflächen und definiert dabei den Stand der Wissenschaft in der Salzmechanik. Die Materialmodelle werden in die numerischen Codes FLAC, FLAC3D, UDEC, 3DEC der Firma ITASCA implementiert.
Das Stoffmodell Günther-Salzer (IfG-GS) ist ein elasto-visko-plastisches Modell für duktile Salzgesteine, das wesentliche Mikrostrukturprozesse makroskopischen Messgrößen zuordnet und deren Wechselwirkung adaptiert. Mit Hilfe der Dilatanz als einzige innere Zustandsvariable für den Schädigungszustand beschreibt das Modell geschlossen alle drei für Salzgesteine charakteristischen Kriechphasen (TCC-Bedingungen) als auch das Festigkeitsverhalten unter TC-Bedingungen geschwindigkeits- und temperaturabhängig widerspruchsfrei mit einem einheitlichen Parametersatz. Alle Modellparameter lassen sich dabei aus herkömmlichen TCC- und TC-Versuchen mit Dilatanzmessung ableiten. Durch die enge physikalisch begründete Verknüpfung zwischen der Viskosität des Kriechmodells und der Dilatanz ist es möglich, u. a. die Festigkeit für alle Belastungsgeschwindigkeiten ebenso konsistent und zwanglos zu beschreiben, wie das Verfestigungs- und Ermüdungsverhalten bei zyklischer Belastung, ohne dass diese Effekte gesondert parametrisiert werden müssen, wie z. B. durch eine spezielle Festigkeitskennlinie.
Damit ist dieses Modell besonders geeignet, standzeitbedingte Entfestigungen im langzeitigen Konvergenzprozess oder auch das komplexe Ver- und Entfestigungsverhalten bei zyklischen Belastungen wie z. B. im Speicherbergbau zu modellieren und zu prognostizieren.
Der erweiterte Dehnungsverfestigungsansatz ist vielfach in Forschungsprojekten und der bergbaulichen Praxis erprobt. Details finden sich in Günther (2009), Günther und Salzer (2012), Hampel et al. (2016), Hampel et al. (2022).
Das visko-elasto-plastische Stoffmodell nach Minkley (IfG-MI) beschreibt das Spannungs- und Deformationsverhalten von Salzgesteinen im Rahmen eines modularen rheologischen Modellkonzepts. Es beruht auf einer Überlagerung von rheologischen Modellkörpern, die jeweils charakteristische Eigenschaften bzw. Verformungsmechanismen von Salzgesteinen abbilden. Das schädigungsfreie primäre und sekundäre Kriechen wird beispielsweise durch ein nichtlineares Burgers-Modell dargestellt, wogegen das für Salzgesteine ausgeprägt nichtlineare Festigkeits- und Entfestigungsverhalten mit einem modifizierten nichtlinearen Mohr-Coulomb-Modell (im Rahmen eines St.-Venant-Elements) beschrieben wird. Dieses Modellkonzept ist besonders geeignet auch extrem schnell ablaufende Entfestigungsprozesse beim Versagen spröder Salzgesteine (z.B. Carnallitit) wiederzugeben. Nur dadurch ist es möglich, die durch versagensbedingte Lastumlagerungen hervorgerufene dynamische Anregung von Tragelementen (z.B. im Kalibergbau) und die daraus resultierende Gefährdung durch Gebirgsschläge zu untersuchen und zu prognostizieren sowie die einhergehende Freisetzung seismischer Energie im Modell zu berechnen (u.a. Völkershausen 1989, Teutschenthal 1994).
Es wurde in Forschungsprojekten validiert und wird seit 20 Jahren für zahlreiche Projekte im Bergbau eingesetzt. Details finden Sie in Minkley, W. (2004); Hampel, A. et al. (2016), Hampel, A. et al. (2022).
Die Schichtflächen im Salzgestein sind gekennzeichnet durch eine nichtlineare Abhängigkeit der Scherfestigkeit von der Normalspannung und ein adhäsives Festigkeitsverhalten mit geschwindigkeits- und wegabhängiger Entfestigung. Beispielsweise können Gebirgsschläge in Baufeldern mit sehr gedrungenen Pfeilern nur erklärt werden, wenn die schlagartige Entfestigung nach Überschreitung eines dynamischen Haftreibungsmaximums berücksichtigt wird.
Das adhäsive Schermodell nach Minkley kann dieses Verhalten für statische und dynamische Lastfälle abbilden. Für weiterführende Informationen siehe z.B. Minkley und Mühlbauer (2007), Minkley, Mühlbauer, Lüdeling (2016) oder Knauth (2018).
Der erweiterte Dehnungsverfestigungsansatz (IfG-GS) kann optional um weitere Varianten ergänzt werden: