Der Nachweis der Standsicherheit von Hohlraumbauten

Zusammenfassung

Der Nachweis der Standsicherheit von Hohlraumbauten

Die Ermittlung der Standsicherheit von Felshohlraumbauten gelingt so zuverläßlich wie die Annahmen der Festigkeitsparameter der Gesteine und des Gebirges, der Belastungsgrößen und deren funktioneller Zusammenhang als Berechnungsmodell.

Die Festigkeitseigenschaften der Gebirge und des Gebirges hängen vom Prüvorgang und von der Zeit ab. Der primäre Spannungszustand des unverritzten Gebirges ist aus prinzipiellen Gründen praktisch nicht meßbar. Nach dem Aufbruch des Hohlraumes treten zeitabhängige sekundäre räumliche Spannungszustände auf, welche nicht auf eine äußere Belastung ‚sondern auf den Primärspannungszustand zurückgehen und vom Ausbruchvorgang sowie von der Form des Hohlraumes wesentlich abhängen.

Die drei gängigen Modellvorstellungen zur Berechnung der Standsicherheit werden kritisch gewertet, nämlich die

• Bruchkörperhypothese,

• Modellvorstellung der gelochten Scheibe,

• Modellvorstellung des dickwandigen Hohlzylinders.

Die modellmaßstabgetreue Auswertung der Meßdaten von Versuchen in situ stellt sich als die einzige, theoretisch stichhaltige Methode zur verläßlichen Ermittlung der Standsicherheit von Felshohlraumbauten heraus. Über die Wirkungsweise und den optimalen Zeitpunkt zur Anbringung der Stützmittel geben elastizitäts- und plastizitätstheoretische Überlegungen am dickwandigen Hohlzylinder Aufschluß, der als Analogiemodell zum Hohlraumtragmantel benutzt wird.

Die Standsicherheit von Hohlraumbauten läßt sich nicht durch einen einzigen Sicherheitskoeffizienten kennzeichnen. Sie besteht aus Teilsicherheiten, deren einige berechenbar und andere durch die Ausführung zu gewährleisten sind. Über die numerische Größe der Koeffizienten der Teilsicherheiten werden Vorschläge gemacht

Summary

Static Calculation of the Safety Coefficient of Tunnels

The relyability of the calculated safety coefficient of tunnels depends on the proveness of the assumptions in the mechanical properties of the rock samples and the rock massive, on the assumed load and the algorithmus which connects their functional interdependence.

The mechanical properties of the rock samples depend on the mode of their testing within the laboratory and in situ, especially on the rate of loading. By theoretically proven reasons it is practically impossible to gauge the primary state of the threedimensional strain-stress distribution which prevails within the virgin rock.

In consequence of the excavation proceedings there arise infinite values of threedimensional states of stresses and strains that are not occasioned by superimposed loads but depend essentially on the virgin stress/strain state and also on the mode of excavating and on the mould of the cavern.

A critical review on the usual modes of safety calculations is given as:

• hypothesis of a broken rock perimeter;

• hypothesis of a perforated sheave;

• hypothesis of a thick walled hollow cylinder.

It is shown that the unique theoretically well proven method of a relyable computation of the safety coefficient of tunnels is based upon an analogical evaluation of the measurements that are gauged in situ in the excavated tunnels. The effect of the support means and the optimal moment of their installation is shown in utilizing the analogous model of a thickwalled hollow cylinder being a representative of the supporting perimeter.

The safety of an underground excavation may not be defined by a unique coefficient. It is composed from partial safeties, some ones of them may be calculated, some ones have to be warranted by the expert proceedings of the excavating and supporting works. The numerical dimension of the coefficient of partial safeties is suggested.

Résumé

Le preuve de la stabilité des cavités

Le calcul de la stabilité des cavités rocheuses réussit avec la même sûreté qui existe pour les paramètres de la résistance des roches et du rocher, dans la valeur des charges et dans le modèle de leur coopération fonctionnelle.

La résistance des roches et du rocher dépend du procédé de leur épreuve en laboratoire ou en situ mais surtout du temps. Par principe l'état des contraintes initiales du rocher vierge est pratiquement inscrutable. En conséquence de l'excavation naissent des états de contraintes secondaires et dynamiques qui ne datent pas des charges extérieures mais résultent de leur état initial et dépendent en partie du procédé de l'avancement, en partie des dimensions de la cavité.

Les trois hypothèses actuelles utilisées en pratique pour le calcul de la stabilité d'une cavité rocheuse sont discutées:

• Hypothèse des zones de rupture.

• Hypothèse de la tranche trouée.

• Hypothèse du cylindre creux.

La mise en valeur des résultats d'arpentage des essais in situ transformées selon les règles de l'analogie s'avère être la seule méthode valide théoriquement pour chercher le grade de stabilité des cavités rocheuses.

L'efficacité des moyens d'appui et le moment optimal de leur mise en place est démontré par des réflexions basées sur la théorie de déformations élastiques et plastiques appliquées au cylindre creux.

La stabilité des cavités ne peut pas être décrit par un coefficient unique; elle est composée de plusieurs stabilités partielles dont quelques unes sont à calculer et quelques unes à garantir par un mode expert de l'abbattage et de soutien.

Das valeurs numériques pour les coefficients partiaux de stabilités sont proposés.