DE1634453A1

DE1634453A1 - Verfahren und Vorrichtung zur vollstaendigen Ermittlung des Spannungszustandes eines festen Koerpers,insbesondere laengs eines in eine Bodenformation eingebrachten Bohrlochs

Info

Publication number: DE1634453A1
Application number: DE19671634453
Authority: DE
Inventors: Dos Santos Silverio Ar Alberto; Mendes Da Rocha Manuel Coelho
Original assignee: NAC DE ENGENHARIA CIVIL LAB
Current assignee: NAC DE ENGENHARIA CIVIL LAB
Priority date: 1966-09-29
Filing date: 1967-09-28
Publication date: 1970-10-29
Also published as: JPS4812809B1; ES345498A1; GB1167270A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur vollständigen Ermittlung des Spannungszustandes eines festen Körpers, insbesondere längs eines in eine Bodenformation eingebrachten Bohrlochs

Die Kenntnis des Spannungszustandes einer Bodenformation (Untergrund, Gebirge, u.s.w.) interessiert nicht nur für Bauvorhaben verschiedenster Art, sondern auch für die Erklärung zahlreicher in der Erdkruste vorkommenen Erscheinungen.

Wie bekannt, kann die Ermittlung des Spannungsstandes mittels Beobachtungen an Stollenwänden oder in Bohrlöchern erfolgen. Die Ergebnisse der in den Stollen durchgeführten Versuche werden sehr von den durch den Aushub verursachten Störungen beeinflußt, die sich über erhebliche Entfernungen von der Wand erstrecken können. Zur Bestimmung des

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Spannungszustandes eines bestimmten Gebietes, muß man außerdem die durch den Stollen verursachten Veränderung des Anfangszustandes berücksichtigen, was bei verwickelten Stollenformen langwierige zwei- und dreidimensionale Modelluntersuchungen nötig machen kann. Die zur Ermittlung des Spannungszustandes in einem Punkte einer Bodenformation zweckmäßigsten Methoden sind auf-

bei grund des Vorstehenden diejenigen,/denen dieser Punkt durch Bohrlöcher erreicht wird, in denen die notwendigen Messungen durchgeführt werden. Die durch die Bohrungen hervorgerufene Störung ist Dank dem heutigen Stand der Bohrtechnik nicht bedeutend und der Einfluß der Bohrung auf den ursprünglichen Spannungszustand kann für jede Methode für alle vergleichbaren Fälle berechnet oder am Modell ermittelt werden. Außerdem können einige dieser Ermittlungsmethoden bei Stellen größerer Tiefe Anwendung finden, welche aus wirtschaftlichen Gründen nicht durch Stollen zugänglich gemacht werden können. Selbstverständlich können diese Methoden auch an Punkten in der Nähe von Stollen angewandt werden, wobei dann der Einfluß des Stellens auf den ursprünglichen Zustand berücksichtigt werden muß.

Die bis heute entwickelten Methoden zur Bestimmung der Spannungen in Bohrungen erlauben nur die Ermittlung des Spannungszustandes in einer zur Bohrungsachse senkrechten Ebene. Demzufolge bedürfte im allgemeinen die

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vollständige Ermittlung des Spamungszustandes eines Erdpunktes, daß jeder zu untersuchende Punkt mittels drei im rechten Winkel zueinander vsrlauf enden Bohrungen erreicht werden müßte, was unwirtschaftlich wäre» Außerdem wären noch andere Schwierigkeiten vorhanden,, als Folge der Tatsache, daß die drei Messungen an weit voneinander entfernten Stellen durchgeführt werden müßten»

Es ist anzunehmen ₉ daß der Mangel an Methoden; die durch in eiaam einzigen Bohrloch durchgeführte Messungen die vollständige Emittlung des Spannungszustande© erlaiifesiip einer der Hauptgründe für die geringen heute vorliegenden Kenntnisse über den Spannungszustand in Bofieaforsatioaen ist*

Das erfindungsgemäße Verfahren siaögllelit mit einer einzigen Bohrung sowohl die vollständige Ermittlung des Spannungssustandes in einem Punkte einer Bodenformation (tJntergrundi Gebirge, u.s.w.) als auch die Feststellung der Entwicklung dieses Spannungszustandes als Folge bestimmter Beanspruchungen. Im ersten Falle umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen:

1. Das Bohren eines Loches von einigen Zentimetern Durchmesser;

2. das Ankleben eines Kunststoff Zylinders an die Bohrungswand in dem Bereich wo man den Spannungεzustand ermitteln will. Dieser Kunststoffzylinder enthält

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in verschiedenen Richtungen angeordnete elektrische Dehnungsmesser;

3· die Beseitigung der Spannungen in einem den Zylinder umgebenden Bereich des Gebirges durch Beseitigung einer mit der ersten Bohrung konzentrischen zylindrischen Schicht gleicher Tiefe und mit ca. 20 cm Durchmesser;

4* die Berechnung des Anfangsspannungszustandes anhand

der durch das Bohren des Loches größeren Durchmessers " verursachten und an den Dehnungsmessern festgestellten Verformungen. Zur Bestimmung der Bodenbeanspruchungen genügt es, nach 1. und 2. vorzugehen, wobei die Entwicklung des Spannungszustandes auch aufgrund der von den Dehnungsmessern angezeigten Verformungen berechnet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Bestimmung von Spannungszuständen bei bedeutenden Tiefen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Abbildung stellt einen erfindungsgemäßen Zylinder mit einer für die Anordnung von Dehnungsmessern vorgesehenen inneren Gestaltung dar. Jeder Zylinder weds t ein kegelförmiges Ende auf, um das Einführen in die Bohrung kleineren

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Durciamessers zu erleichtern. Am Mantel des Zylinders sind kleine Vorsprünge angeordnet, die die Zentrierung des Zylinders im Bohrloch während des Klebevorganges garantieren.

Die Verformungsmesser sind im Inneren des Zylinders so angeordnet, daß gleichzeitig mindestens die Messung von vier Verformungen oder Verschiebungen in jeder der drei triortogonalen Ebenen möglich ist, wodurch zahlreiche. Meßergebnisse gewonnen werden, die es erlauben, die Genauigkeit der Ergebnisse anhand der Versohiebungskompatibilität zu beurteilen. Der in der Abbildung dargestellte Zylinder besitzt vier Verschiebungsmesser je ortogonale Ebene, die jeweils miteinander Winkel von 45° einschließen.

Das für die Zylinder verwendete Material ist ein Kunstharz oder ein anderes formbares Material, dessen Elastizitätsmodul zwei wichtige Bedingungen erfüllen muß: einerseits muß der Modul genügend hoch sein, damit die |

Zylinderverformungen nicht durch die Anwesenheit der Verschiebungsmesser gestört werden und andererseits soll er klein gegenüber dem üblichen Elastizitätsmodul der Gesteinsformationen sein, die die für die Versuche wichtigste Komponente der Bodenformationen sind.

Für das Kleben, das für den VersuehserfolgyC von größter Bedeutung ist, wird dasselbe Material verwendet

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wie bei der Herstellung der Zylinder. Dies hat den Vorteil, daß zwischen Zylinder und Bodenformation kein Material anderer mechanischer Eigenschaften eingebracht wird. Nach Ablauf von 48 Stunden nach dem Zubereiten des für das Kleben verwendeten Kunstharzes können dessen mechanische Eigenschaften als stabilisiert angesehen werden.

Bei den "in situ" durchgeführten Versuchen wird als erstes das Kunstharz in flüssigem Zustand durch eine ™ besondere Vorrichtung in das Bohrloch eingeführt. Bei der gewaltsamen Einführung des Zylinders in das Bohrloch wird das Kunstharz in den zwischen Zylinder und Bohrlochwand vorhandenen engen Raum verdrängt. Ziel dieses Klebeverfahrens ist es, den Einschluß von Luftblasen in der Klebstoffschicht zwischen dem Zylinder und dem Gebirge zu vermeiden.

Der Zylinder ist beim Einführen in das Bohrloch fest mit 4ea Eohren verbunden, durch die die elektrischen

Leitungen für die Verbindung der Verschiebungsmesser mit den Meßgeräten hindurchgeführt sind. Dieselben Rohre sichern auch die Definition des Zylinderazimutes in seiner Betriebsstellung.

Patentansprüche

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Claims

DH. ING. F. WITESTHOFF SCHWEIGEHSTHASSE 2

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[■ATENTASWlLTE MOTUCTPATiMT

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Paten tansprüche

( \·J Verfahren zur vollständigen Ermittlung des Spannungszustandes eines festen Körpers, insbesondere längs eines in eine Bodenformation eingebrachten Bohrloches, dadurch gekennzeichnet , daß man an der zu untersuchenden Stelle der Bodenformation einen Meßkörper mit in den verschiedenen interessierenden Richtungen angeordneten Meßvorrichtungen, insbesondere Dehnungsmeßvorrichtungen, mit der Wandung des Bohrlochs verklebt, dann das Gebirge in der Umgebung des Meßkörpers in einem zu dem ersten Bohrloch koaxialen zylindrischen Bereich von gleicher Tiefe wie das erste Bohrloch abträgt und die dabei freiwerdenden Spannungen anhand der durch ihr Freiwerden hervorgerufenen Verformungen des Meßkörpers ermittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man für das Verkleben des Meßkörpers vor diesem einen aus dem-selben Stoff wie der Meßkörper bestehenden Kleber in flüssigem Zustand in das Bohrloch einbringt und den Kleber beim anschließenden Einführen des Meßkörpers· in den Zwischenraum zwischen diesem und der Wandung des Bohrlochs verdrängt.

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3. Meßkörper zur Durchführung des Verfahrene nach

Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß er ein Zylinder aus Kunststoff, vorzugsweise Kunstharz ist, der ein das Einführen in ein Bohrloch erleichterndes spitzes Ende aufweist*

4· Meßkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß an seiner Hantelfläche Vorsprünge vorgesehen sind» die ihn im Bohrloch zentrieren.

5· Meßkörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet ,; daß in seinem Inneren in drei orthogonalen Ebenen angeordnete Verschiebungen bzw. Dehnungsmesser vorgesehen sind.

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