Ermittlung des thermomechanischen und hydraulischen Verhaltens von Salzgestein (THM Salzgestein)

Land / Region: Deutschland

Projektanfang: 01.01.2005

Projektende: 31.12.2026

Projektstand: 21.07.2023

English Version

Indirekter Zugversuch (Brazilian-Test) an einem Steinsalzprüfkörper aus flacher Lagerung (mittlerer Muschelkalk, Süddeutschland) Quelle: BGR

Als ein mögliches Wirtsgestein für die Endlagerung radioaktiver Abfälle ist das visko-plastische Steinsalz seit mehreren Jahrzehnten Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen in der BGR.

Untersucht werden verschiedene Eigenschaften von intaktem sowie von geschädigtem Steinsalz. Dazu gehören das plastische Langzeitdeformationsverhalten (Kriechen) bei lang einwirkenden deviatorischen Spannungen weit unterhalb der Schädigungsgrenze, die lokale Auflockerung des Gesteins (Dilatanzgrenze) und die Bildung von Rissen (Festigkeitsgrenze), die schachtnah auftreten können, sowie die elastischen Eigenschaften.

In diesem Projekt kommen unterschiedliche Laborversuche zum Einsatz, u. a. ein-, dreiaxiale und echt-triaxiale Festigkeits- und Kriechtests sowie indirekte Zugversuche.

Die gesteinsphysikalischen und felsmechanischen Laboruntersuchungen werden am Standort in Hannover durchgeführt. Mit der „Echt-triaxialen“-Prüfmaschine am Standort in Grubenhagen bei Einbeck (Niedersachsen) werden ergänzende felsmechanische Untersuchungen durchgeführt.

Die Laboruntersuchungen dienen dabei folgenden Zielen:

1. Ermittlung von spezifischen Gesteinsparametern als Grundlage für numerische Modellberechnungen für z. B. Sicherheitsuntersuchungen von Endlagern.
2. Aufklärung von prinzipiellen Gesetzmäßigkeiten des thermomechanischen und hydraulischen Verhaltens von Salzgestein und der Verfeinerung der mathematischen Formulierung von Stoffgesetzen (Kriechgesetze; spannungsabhängige Beschreibungen von Festigkeit- und Dilatanzgrenze; Einfluss von Spannung, Feuchte und Struktur auf das Kriechverhalten von intaktem sowie von geschädigtem/dilatantem Steinsalz).
3. Der Ermittlung von Abhängigkeiten wie z. B. von der Spannung, der Feuchte, der Korngröße, Subkornstruktur und der Anzahl von Fluideinschlüssen in dem jeweils untersuchten Salz aus unterschiedlichen Lagerungsarten.

Gesteinsproben nach der Belastung bis zum Bruch in der „Echt-triaxialen“ Prüfmaschine für felsmechanische Laboruntersuchungen Quelle: BGR

In den ersten Jahren des Projekts lag der Fokus auf Steinsalz aus steiler Lagerung – also aus Salzstöcken wie z. B. dem Salzstock Gorleben oder der Salzstruktur Morsleben. Seit 2016 ergänzen Untersuchungen von Salz aus flacher Lagerung die Forschungen an der BGR, zum einen aus der WIPP-Site in New Mexico (U.S.A.) sowie aus verschiedenen deutschen Salzbergwerken. Die separate Betrachtung der zwei Lagerungsformen ist notwendig, da beide Materialtypen erhebliche strukturelle Unterschiede aufweisen können, was wiederum verschiedenes thermomechanisches Verhalten bedingen kann.

Zur Beschreibung des Verhaltens von Salz-Gletschern, für Berechnungen im Kavernenbau oder für die Beschreibung von Prozessen im Fernfeld von unterirdischen Bauwerken wie z. B. von Endlagern ist das Langzeitdeformationsverhalten (kurz: Kriechen) von Salz bei kleinen deviatorischen Spannungen von Relevanz. Ziel der aktuellen Projektphase ist es, mittelfristig Langzeitversuche in klimatisch günstiger Umgebung mit wartungsarmen Apparaturen durchführen zu können.