2013 tunnelbauforschung bochum...

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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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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

Tunnelbauforschung in Leoben, Schwanauund Bochum

30. September 2013Bochum

Wie bricht Fels?

Modellschneidversuchemit anisotropen Gesteinen

Martin Entacher, Stefan Lorenz, Erik Schuller

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30. September 2013Bochum

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

Folie 3

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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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30. September 2013Bochum

• 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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Folie 10

Versuchsergebnisse

Stainzer Hartgneis SHG01_0° / linke Schneidspur

Rollkraft SHG01_0°_links

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

-80,0 -70,0 -60,0 -50,0 -40,0 -30,0 -20,0 -10,0 0,0 10,0

Hub, mm

Rollkra

ft,

kN 0 mm / links

1,5 mm / links

3 mm / links

4,5 mm / links

6 mm / links

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30. September 2013Bochum

Versuchsergebnisse

Stainzer Hartgneis SHG01_0° / linke Schneidspur

Rollkraft SHG01_0°_links

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

-80,0 -70,0 -60,0 -50,0 -40,0 -30,0 -20,0 -10,0 0,0 10,0

Hub, mm

Rollkra

ft,

kN

Summe

Mittelwert

Folie 11

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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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30. September 2013Bochum

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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30. September 2013Bochum

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

Folie 17

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30. September 2013Bochum

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

Kontakt:Erik [email protected]

Folie 18