BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

Ergebnisse aus dem abgeschlossenen Projekt GeomInt2 liegen vor, 17.02.2023

Modellierte Austrocknungsrisse im Opalinuston aufgrund von Entsättigung. Die Risse wurden mit dem Phasenfeldansatz mit einem Viertel-3D-Modell der CD-A-Nische modelliert. Die Elemente mit einer Schädigung von über 99 % wurden für die Visualisierung eliminiert, während die Farbdiagramme den Sättigungsverlauf darstellen [BGR, UFZ]. Quelle: BGR

In der zweiten Phase des Projektes „Geomechanical Integrity of Host and Barrier Rocks – Experiment, Modelling and Analysis of Discontinuities (GeomInt2)“ hat die BGR hierbei hydromechanische Effekte und Rissausbreitungen im Opalinuston untersucht. Das Projekt lief zwischen Oktober 2020 und Dezember 2022 und wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Ziel des Verbundprojekts war die realitätsnahe experimentell-numerische Analyse der Entstehung und Entwicklung von Diskontinuitäten in untertägigen Gesteinen am Beispiel von Salz-, Ton- und Kristallingesteinen. Als Forschungsschwerpunkte sollten typische Prozesse betrachtet werden, die zur Entstehung spezifischer Diskontinuitäten führen. Hierzu gehören Quell- und Schrumpfungsprozesse, druckgetriebene Perkolation und Spannungsumlagerungen. Die wesentlichen Forschungsergebnisse des Projektes werden als Open Access Buch veröffentlicht.

Die BGR hat sich sowohl an der Herausgabe des Buches als auch an der Verfassung des Kapitels „Hydro-mechanical effects and cracking in Opalinus clay“ beteiligt. In Kooperation mit dem Helmholtz Zentrum für Umweltforschung Leipzig (UFZ) entwickelte und implementierte die BGR einen numerischen Ansatz, der ein ungesättigtes hydromechanisches (HM) Modell mit der Phasenfeldmethode kombiniert. Dieser erweiterte HM-Ansatz wurde angewandt, um Austrocknungsrisse (Schrumpfungsrisse) im Tongestein zwei- und dreidimensional abzubilden. Motiviert ist diese Arbeit durch Beobachtungen und Messungen im Opalinuston in den Nischen des CD-A-Experiments im Felslabor Mont Terri (Schweiz). Die hydromechanischen Effekte und die Entwicklung von Rissen konnten sowohl auf Labor- als auch auf In-situ-Skala auf Basis des entwickelten Ansatzes numerisch modelliert werden (siehe Abbildung). Die modellierten Risse entstehen in einer guten Korrelation mit der im CD-A-Experiment in-situ gemessenen Entsättigung. Detaillierte Informationen können sowohl im GeomInt2-Buch als auch in verschiedene Veröffentlichungen und Konferenzbeiträge, die aktuell entweder in Bearbeitung oder eingereicht worden sind, entnommen werden.

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