Stabilitätsanalyse eines aufgelassenen Gipsbergbaus – von der geologisch-hydrogeologisch-geotechnischen Datenerfassung zur numerischen 3D-Simulation

Zusammenfassung

Die Beurteilung der Stabilität von Hohlraumbauten umfasst ein interdisziplinäres Aufgabengebiet, welches die Bereiche Geologie, Hydrogeologie, Vermessungswesen sowie Gebirgsmechanik umfasst. Dieser Beitrag zeigt anhand eines aufgelassenen Gipsbergbaues, wie die Methoden und Informationen der einzelnen Fachbereiche ineinander greifen, um ein komplexes drei-dimensionales Simulationsmodell zu erstellen. Dies soll aufzeigen, dass vor allem die Komplexität von alten, „gewachsenen“ Hohlraumbauten nicht mit zwei-dimensionalen Analysen bzw. Modellen dargestellt werden kann und diese kein realistisches Ergebnis für die Stabilitätsbeurteilung liefern. Ein nicht zu vernachlässigender Faktor auf die Stabilität des Grubenbaues ist der Einfluss von Wasser, sei es Oberflächen- bzw. Niederschlagswasser oder Grundwasser. Der Laugungsprozess des Gipses führt zu einer Schwächung des umliegenden Gebirges und damit einhergehend zu einer Verringerung der Festigkeit. Dieser Entfestigungsprozess muss auf längere Sicht in der Simulation berücksichtigt werden. Mit Hilfe der vorhandenen analytischen und numerischen Methoden bietet sich die Möglichkeit, ein zeitabhängiges Auftreten/Entstehen von Schwachstellen im Gebirge vorherzusagen, um frühzeitig Stützmaßnahmen einbringen zu können.

Abstract

The assessment of the stability of underground structures is an interdisciplinary task which consists of geology, hydrogeology, surveying and geotechnical engineering. This paper gives an example of how these disciplines, their methods and the acquisition of data work together to create a complex three-dimensional computer-model of underground structures. It demonstrates, that especially the complex layout of old and “grown” underground structures cannot be represented accurately in two-dimensional analyses or models and provide no realistic results for stability investigations. Related to the stability of underground structures, a non-negligible factor is the influence of water, whether surface, rain or groundwater. The occurring leaching process of gypsum leads to a weakening of the surrounding rock which causes a strength reduction. This softening of the material must be considered in long-term simulations. The presented comprehensive approach tries to provide a possibility to predict the time-dependent occurrence of vulnerabilities in the rock mass and thus gives the possibility to install support measures in an early stage.