Eine neue Untersuchung hat ergeben, dass Granit bei gleichzeitiger statischer Vorbelastung und zyklischer Stoßbelastung überwiegend radiale, spannungsbasierte Versagensmuster aufweist. Die Experimente wurden mit einem modifizierten Split-Hopkinson-Druckstabsystem durchgeführt, wobei verschiedene axiale und konfinierende Drücke zum Einsatz kamen.

Versuchsaufbau

Die Forscher setzten Proben aus Granit in einer Prüfanlage ein, die sowohl statische Druckkomponenten als auch wiederholte Stoßimpulse erzeugte. Axiale Drücke reichten von niedrigen bis hohen Werten, ebenso die konfinierenden Drücke, um unterschiedliche geologische Bedingungen zu simulieren.

Ergebnisse der Belastung

Die Analyse zeigte, dass die Proben primär radiale Rissbildungen entwickelten, die durch Zugspannungen dominiert wurden. An den Enden der Proben traten zusätzlich Kompressions‑ und Scherungsversagen auf. Höhere axiale und konfinierende Drücke führten zu glatteren Bruchflächen.

Stresswellen‑Analyse

Messungen der Stresswellen offenbarten eine nichtlineare Ausbreitung, die auf die Entstehung von Zugspannungswellen zurückgeführt wird. Diese nichtlinearen Effekte wurden besonders bei höheren Belastungsstufen deutlich.

Numerische Simulationen

Computermodelle bestätigten die experimentellen Beobachtungen. Das Geschwindigkeitsfeld zeigte eine symmetrische Transition, wobei Geschwindigkeitsvektoren auf beiden Seiten einer zentralen Zone entgegengesetzt ausgerichtet waren. Im Verschiebungsfeld bildeten sich zwei mittlere Zonen, die mit dem plastischen Abschnitt der Spannungs‑Dehnungs‑Kurve korrespondieren.

Einfluss von Wasser

Die Untersuchung ergab, dass freies Wasser an den Rissspitzen die Rissausbreitung begünstigt. Zudem kehrte das Maximum des transversalen Relaxationszeit‑Spektrums der Mikroporen vor dem abschließenden Stoß nahezu zu seinem Ausgangszustand zurück.

Bedeutung für den Untertagebau

Die Ergebnisse liefern wichtige Anhaltspunkte für die Stabilitätsbewertung von Gesteinsformationen im Untertagebau, insbesondere unter Bedingungen, die sowohl statische als auch dynamische Belastungen kombinieren.

Dieser Bericht basiert auf Informationen von PLOS ONE, lizenziert unter Creative Commons BY 4.0 (Open Access). Wissenschaftliche Inhalte, offen zugänglich.