SE Montanuniversität Leoben Chair of ubsurface ngineering S E Geotechnics and Underground Constructions Head: Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Robert Galler Tunnelbauforschung in Leoben, Schwanau und Bochum 30. September 2013 Bochum Wie bricht Fels? Modellschneidversuche mit anisotropen Gesteinen Martin Entacher, Stefan Lorenz, Erik Schuller
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2013 tunnelbauforschung bochum schullersfb837.sd.rub.de/downloads/Workshop30.9.13MUL-HK-TLB-SFB...• Numerische Modellierung mit ABAQUS Folie 17 SE Montanuniversität Leoben Chair
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SEM o n t a n u n i v e r s i t ä t L e o b e n
Chair of ubsurface ngineeringS EG e o t e c h n i c s a n d U n d e r g r o u n d C o n s t r u c t i o n sHead: Univ.Prof. Dipl .- Ing. Dr.mont . Robert Gal ler
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Wie bricht Fels?
Modellschneidversuchemit anisotropen Gesteinen
Martin Entacher, Stefan Lorenz, Erik Schuller
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Modellschneidversuch
• Neue Entwicklung
• Einbau in herkömmliche Gesteinsprüfpressen
• Einstellungsmöglichkeit von Penetration und Schneidspurabstand
• Einfache, schnelle und kostengünstige Versuchsdurchführung
• Probenkörper:„Nur“ halbierte Bohrkerne
• Für die TBM Leistungsprognose gut geeignet
Folie 2
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Modellschneidversuch
Hauptkomponenten:
• Probenhalter
• Verspannkörper
• Werkzeugaufnahme
• Schneidwerkzeug (1:8 Modelldiske D = 56 mm)
• Bodenplatte
• Kugelkalotte mit Zentrierelement
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Versuchseinrichtung
Schnittdarstellung ProbenhalterFolie 4
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Versuchsvorbereitung
• Bohrkerne orientiert zur Schieferungbohren und schneiden (D = 100 mm, L = 90 mm)
• Kerne halbieren und Schnittfläche planfräsen
• Halbzylinder in die Probenhalter mit einem Zweikomponentenkleber auf Epoxidharzbasis einkleben
Folie 5
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Versuchsvorbereitung
Stainzer Hartgneis SHG_01_0°
Folie 6
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Versuchsaufbau
ModellschneidversuchFolie 7
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• 3 Lithologien:• Luserner Gneis
• Stainzer Hartgneis
• Amphibolit
• Spaltzugversuche mit 0°, 45° und 90°
• Einaxiale Druckversuche
• Modellschneidversuche mit α = 0°, 45° und 90° und β = konst.
• 2 Schneidspuren - Schneidspurabstand 30 mm
• 5 Schnitte je Schneidspur
• Konstante Penetration von 1,5 mm
• Max. Penetration 7,5 mm
Durchgeführte Versuche
Folie 8
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Versuchsergebnisse
Stainzer Hartgneis SHG01_0° nach dem Versuch
Folie 9
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Auswertung des Rissbildes
Planfräse mit eingespannter Probe
Folie 12
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Auswertung des Rissbildes
Überprüfung der vollständigen Rissfüllung mit Harz mit einem Farbeindringmittel
Folie 13
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Typisches Rissmuster vom Augengneis im Randbereich
Auswertung des Rissbildes
Folie 14
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Auswertung des Rissbildes
Brixner Granit: Linke Seite – Spanbildung / Rechte Seite: Rissbild ohne Spanbildung
Folie 15
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Dünnschliffe von Imberg Sandstein nach einem Einzelschnitt
a) Transgranularer Bruchb) Rissausbreitung entlang von Quarzkörnern
c) Bereich unterhalb der Schneidspur
Auswertung mit Hilfe von Dünnschliffen
Folie 16
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Ausblick
• Auswertung der Abhängigkeit der Rollkraft zur Orientierung der Schieferung im Modellversuch
• Maßstabseffekte
• Verwertung aller Versuchsergebnisse in einem neuen TBM Leistungsprognosemodell
• Numerische Modellierung mit ABAQUS
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Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Glückauf!
Quellen:Lorenz, S.: Entwicklung eines Modellversuchs zur Schneidbarkeitsermittlung von Hartgestein, Dipl.-Arb., Leoben, Montanuniv., Lehrst. f. Subsurface Engineering, 2013
Entacher, M.: Measurement and interpretation of disc cutting forces in mechanized tunneling, Diss., Leoben, Montanuniv., Lehrst. f. Subsurface Engineering, 2013