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Bei der Planung von unterirdischen Lagerstätten für die Entsorgung radioaktiver und anderer Industrieabfälle spielen die Kenntnisse über die hydraulische Leitfähigkeit des Felsens eine zentrale Rolle. Abschätzungen über die Menge der gelösten Stoffe, welche durch eine Grundwasserströmung im Laufe der Zeit in die Biosphäre gelangen kõnnten, beruhen auf felshydraulischen Überlegungen und Modellrechnungen. Das Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit bestand darin, einen Beitrag zur Klärung der Gesetzmässigkeiten der Sickerströmung im geklüfteten Fels zu leisten. Das Hauptgewicht lag dabei auf den Feldmessungen und der Interpretation der Messdaten durch numerische Berechnungen.
Zur wiederholten Beobachtung von Strömungsvorgängen in einem geklüfteten Fels wurde das Felsfundament einer Staumauer gewählt. Der Vorteil eines solchen Standortes liegt darin, dass dort der Fels am grossen Massstab jahreszeitlich schwankenden Druckgradienten ausgesetzt ist. In der Regel ist bei Staumauern die Zugänglichkeit gut gewährleistet, sodass man dort eine grosse Felsmasse durch instrumentierte Bohrlöcher erschliessen kann.
Unsere Arbeiten wurden bei der Schwergewichtsmauer Albigna im Kanton Graubünden durchgeführt, wo die grösste Seespiegelschwankung rund 100 m betrug. Der Fels besteht dort aus einem gesunden, massigen Granit, dessen Kluftscharen in der Lage und Verteilung gut bekannt waren. Das Messprogramm für die Erkundung der Strömungsverhältnisse bestand aus zwei Elementen: piezometrische Druckmessungen und Dehnungsmessungen in Bohrlöchern. Die ersteren zielten auf die Messung des Potentialfeldes, die letzteren auf die Erfassung der sich öffnenden und schliessenden Klüfte als Folge der Seespiegelschwankungen. Aus der Kombination der beiden Beobachtungen hoffte man auf die Wechselwirkung zwischen Hydraulik und Mechanik schliessen zu können, d. h. auf die Koppelung zweier wichtiger Prozesse, welche für eine veränderliche Durchlässigkeit des Felsens bestimmend sein kann. Die Instrumentierung war in einer Ebene senkrecht zur Staumauer im mittleren Bereich der Talsperre angeordnet. Für Piezometermessungen wurden 5 Bohrungen mit Längen von 50-60 m und insgesamt rund 40 Messstellen verwendet. Zwei zusätzliche Bohrungen quer zur Messebene dienten zu Kontrollzwecken. Der lückenlose Dehnungsverlauf wurde entlang von zwei Bohrungen in der Messebene mit dem «Gleitmikrometer» ermittelt. Die Messung der Drücke erfolgte mit dem «Piezodex»-system. Die beiden hochpräziesen Instrumente sind portable Sonden, welche jederzeit auf ihre Funktionstüchtigkeit und Genauigkeit überprüft werden können.
Die Ergebnisse der Piezometermessungen werden zunächst in tabellarischer und anschliessend in graphischer Form dargestellt. Die wichtigsten bestimmenden Faktoren für den piezometrischen Druck sind der Ort der betreffenden Messstelle sowie die Seespiegelhöhe zur Zeit der Ablesung. Bei den Dehnungen haben einzelne, mechanisch wirksame Grossklüfte die grösste Bedeutung. Durch Vergleiche von Piezodex- und Gleitmikrometermesswerten erhält man eine Korrelation zwischen den Verformungen des Felsens und dem hydraulischen Potential. Es zeigt sich, dass die Öffnung und Schliessung zweier Grossklüfte am seeseitigen Fuss der Staumauer die Potentialverteilung entscheidend beeinflussen. Im Bereich wo zahlreiche Messpunkte liegen, wurden die Potentiallinien durch lineare Interpolation der Messwerte auf ein Netz von Dreiecken dargestellt.
Die rechnerischen Untersuchungen wurden mit dem Finite Elemente-Programm AQUA-ROCK an einem Scheibenmodell durchgeführt. Dabei wurden insbesondere drei konzeptuell unterschiedliche Modelle untersucht. Im ersten Hauptmodell wird das Felsfundament als homogenes und isotropes Kontinuum angenommen. Im zweiten Hauptmodell wird eine Idealisierung der Hauptklüfte als gleichmässig verteilte und unendlich ausgedehnte Kluftschar nach SNOW (1965) vorgenommen. Im dritten Hauptmodell wird das Fundament als homogenes isotropes Medium, welches von zwei Grossklüften sowie den Drainagebohrungen durchzogen wird, angenommen. Schon ein visueller Vergleich zwischen gemessenen und berechneten Werten zeigt, dass je nach Seestand ein anderes Modell die bessere Übereinstimmung bringt. Für den höchsten Seestand muss aber die Wirkung der Klüfte, entweder durch die Idealisierung nach Snow (Hauptmodell 2) oder durch Berücksichtigung der Einzelklüfte (Hauptmodell 3), miteinbezogen werden.
Die vollständigen Datensammlung der Messkampagne ist im Anhang zusammengestellt.