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Arbeitsbericht NAB 16-43
ENSI-Nachforderung zum Indikator "Tiefenlage im Hinblick auf bautechnische Machbarkeit" in SGT Etappe 2 – Geomechanische Unterlagen
Die im Rahmen der Berichterstattung zu Etappe 2 des Sachplans geologische Tiefenlager (SGT) dokumentierte geomechanische Datenbasis und Kennwerte für Modellrechnungen zur bautechnischen Machbarkeit eines geologischen Tiefenlagers im Opalinuston (Nagra 2014a) wurden in zwei Berichten der Prüfexperten des ENSI bewertet (ENSI 33/460; ENSI 33/461). Die Prüfexperten kommen zum Schluss, dass trotz des grossen Untersuchungsumfangs die Datengrundlage an belastbaren Versuchen sehr klein sei. Für weiterführende Arbeiten zur Erfüllung der Nachforderungen (ENSI 33/476) wurde empfohlen, die Datenbasis neu zu prüfen und die Ungewissheiten durch entsprechende Bandbreiten in den felsmechanischen Parameterwerten abzubilden. Weiter wurde in den Berichten der Prüfexperten bemängelt, dass die für geomechanische Modellrechnungen empfohlenen Gesteins- und Gebirgskennwerte im relevanten Tiefenintervall (400 – 900 m) keine Tiefenabhängigkeit zeigten, und dass ein Abfall der Gebirgssteifigkeiten mit zunehmender Schwächung des Gebirges (aufgrund der Gebirgsdurchtrennung) nicht explizit berücksichtigt wurde. Der von der Nagra gewählte Stoffansatz (modifiziertes CamClay-Modell mit Scherspannungs- und Zugspannungsbegrenzung) wurde von den Prüfexperten hingegen als zutreffend bewertet.
Im vorliegenden Bericht werden die geomechanischen Datengrundlagen entsprechend der Empfehlungen der Prüfexperten neu ausgewertet und ergänzt durch neuere Studien, die seit Einreichen der Unterlagen Ende 2014 publiziert wurden oder weit fortgeschritten sind. Insbesondere werden die Überlegungen zum gewählten Stoffansatz vertieft. Für den Kontinuumsansatz werden neu vereinfachend drei (gegenüber bisher sechs) Gebirgsmodelle formuliert, in welchen sowohl der Einfluss diagenetischer Effekte als auch der tektonischen Überprägung konzeptuell berücksichtigt sind. In einem Referenzmodell (GMref) wird der Opalinuston als überkonsolidierter, weitgehend unzementierter Tonstein betrachtet. In den Alternativmodellen wird gegenüber dem Referenzmodell entweder von einem diagenetisch zementierten Opalinuston mit erhöhter Festigkeit und Steifigkeit ausgegangen (GMmax), oder in Anlehnung an die Erfahrungen in Mont Terri von einem durch tektonische Überprägung charakterisierten Opalinuston, welcher stark entfestigt ist (GMmin). Im verwendeten elasto-plastischen Modellkonzept werden diagenetische Prozesse und tektonische Überprägung in vereinfachter Form durch Variation der maximalen Versenkungstiefe und der variablen Volumenzunahme bei der Entlastung nachgebildet. Für alle Gebirgsmodelle ergeben sich neu explizit tiefenabhängige Gesteinsparameter, wobei allerdings die Änderung der Gesteinseigenschaften mit grösserer Tiefe im Vergleich zur Variabilität der Parameterwerte zwischen verschiedenen Gebirgsmodellen bei einer bestimmten Tiefe gering ist. Weiter wird auch der Forderung nach Berücksichtigung des Abfalls der Gebirgssteifigkeit aufgrund Gebirgsdurchtrennung Rechnung getragen. Dies einerseits durch Gebirgsmodell-spezifische Steifigkeitswerte, andererseits auch durch Abminderung der Steifigkeitswerte nach Überschreiten der Spitzenfestigkeit.