DE19501348C2

DE19501348C2 - Verfahren zur Bestimmung der Sättigungszahl von Lockergesteinen

Info

Publication number: DE19501348C2
Application number: DE1995101348
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl Ing Reichel
Original assignee: LAUSITZER BRAUNKOHLE AG
Current assignee: Gesellschaft fuer Montan und Bautechnik mbH
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2015-01-19
Also published as: DE19501348A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Messung der Sättigungszahl von Lockergesteinen mit nicht- oder geringkompressiblen Feststoffanteilen vorzugsweise im statischen Triaxialgerät.

Die Sättigungszahl gibt den Wasseranteil am Gesamtvolumen des Porenraumes eines Lockergesteines an. In der laborativen Praxis erfolgt die Bestimmung der Sättigungszahl durch die Messung des Probenvolumens, des Wassergehaltes gemäß DIN 18121, der Korndichte gemäß DIN 18124 sowie der Trockenmasse. Mittels

S_r - Sättigungszahl
w - Wassergehalt
ρ_s - Korndichte
ρ_w - Dichte des Wassers
V - Lockergesteinsvolumen
m_T - Lockergesteinstrockenmasse

läßt sich die Sättigungszahl der Probe berechnen.

Für sich in Versuchsapparaturen wie dem statischen Triaxialgerät befindlichen Lockergesteinsproben ist zur Bestimmung bzw. Abschätzung der Sättigungszahl nur ein Verfahren, der B-Test nach SKEMPTON (DIN 18137, Teil 2, Seite 10), bekannt. Dabei wird die zu untersuchende Lockergesteinsprobe einer undränierten Belastungsänderung unterworfen, und die in den Porenräumen des Lockergesteins erzeugte Änderung der neutralen Spannung wird gemessen. Das Verhältnis der Änderung der neutralen Spannung zur Änderung der radialen Hauptspannung ist der B-Faktor nach SKEMPTON. Der B-Faktor nach SKEMPTON läßt nur qualitative Rückschlüsse auf die Sättigungszahl zu, da die Abhängigkeit des B-Faktors nach SKEMPTON von der Sättigungszahl nichtlinear von den Eigenschaften des Lockergesteins sowie von der Belastungsvorgeschichte der Lockergesteinsprobe abhängig ist.

Eine Berechnung der Sättigungszahl einer sich im statischen Triaxialgerät befindlichen Lockergesteinsprobe aus Ein- bzw. Ausbauwassergehalt, Trockenmasse, Korndichte, Ein- bzw. Ausbauprobenvolumen und aus dem Probenvolumenänderungen während des Triaxialversuchs wie oben beschrieben ist fehlerbehaftet und nur anwendbar, wenn kein Wasser durch Versuchsphasen wie Wasserdurchlässigkeitsbeiwertermittlung, Sackungsversuche oder aktive Erhöhung der neutralen Spannung in die Lockergesteinsprobe gelangt. Das Ergebnis ist zudem erst nach Abschluß des Triaxialversuchs verfügbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll die Bestimmung der Sättigungszahl im statischen Triaxialgerät durch Anwendung des Gesetzes von BOYLE-MARIOTTE ermöglichen. Die zu untersuchende Lockergesteinsprobe ist undräniert zu belasten, um eine Probenvolumenverringerung durch ein Zusammendrücken der in der Lockergesteinsprobe vorhandenen Gasanteile des Dreiphasengemisches Feststoff, Flüssigkeit, Gas durch die Vergrößerung der in den Porenräumen wirkenden neutralen Spannung zu erreichen. Zum Belastungsbeginn und zum Belastungsende sind Probenvolumen V, Porenanteil n und die neutrale Spannung p zu messen. Die Sättigungszahl zum Beginn der undränierten Belastung kann aus den genannten Meßwerten nach Gleichung 2, zum Ende der undränierten Belastung nach Gleichung 3 berechnet werden.

(Index 1 - Belastungsbeginn, Index 2 - Belastungsende)

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Sättigungszahl während eines Triaxialversuches jederzeit bestimmt werden kann. Dies ermöglicht eine gezielte Beeinflussung der Sättigungszahl während eines Triaxialversuchs.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll das Verfahren näher erläutert werden.

Eine Lockergesteinsprobe wird in ein statisches Triaxialgerät eingebaut. Die Korndichte des Lockergesteins, das Volumen der Lockergesteinsprobe und damit deren Porenanteil seien bekannt. Alle Probenvolumenänderungen während des Versuchs werden gemessen. Die Lockergesteinsprobe wurde isotrop konsolidiert und anschließend aufgesättigt. Nach der Probenaufsättigung soll die Sättigungszahl der Probe bestimmt werden. Zu diesem Zweck werden undränierte Bedingungen hergestellt und anschließend der Zelldruck erhöht. Der Luftdruck zu Beginn der Zelldruckerhöhung betrug 1000 mbar, das Probenvolumen 1444 cm³ mit einem Porenanteil von 0,374. Zum Abschluß der Zelldruckerhöhung verringerte sich das Probenvolumen auf 1440 cm³. Der Porenanteil verringerte sich auf 0,372, die neutrale Spannung in den Porenräumen erhöhte sich um 68 kPa. Gemäß Gleichung 1 hatte die Sättigungszahl zu Beginn der Zelldruckerhöhung eine Größe von 0,982, d. h. 98,2% des Porenraumes der Lockergesteinsprobe waren mit Wasser gefüllt.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Sättigungszahl eines Lockergesteins mit im für die Durchführung des Verfahrens benutzten Spannungsbereich nicht- oder geringkompressiblen Feststoffanteilen, dadurch gekennzeichnet, daß Volumen, Porenanteil und die neutrale Spannung in den Porenräumen des Lockergesteins gemessen werden, daß anschließend das Gasvolumen in den Porenräumen des Lockergesteins durch eine undränierte Belastungsänderung verändert wird, daß nach Abschluß der undränierten Belastungsänderung Volumen, Porenanteil und die neutrale Spannung in den Porenräumen des Lockergesteins erneut gemessen werden, daß aus diesen Meßwerten gemäß die Sättigungszahl zu Beginn der undränierten Belastung und gemäß die Sättigungszahl nach Abschluß der undränierten Belastung bestimmt wird, wobei
V₁ das Volumen der Lockergesteinsprobe vor der Belastung,
V₂ das Volumen der Lockergesteinsprobe nach der Belastung,
n₁ der Porenanteil der Lockergesteinsprobe vor der Belastung,
n₂ der Porenanteil der Lockergesteinsprobe nach der Belastung,
p₁ die neutrale Spannung in den Porenräumen vor der Belastung und
p₂ die neutrale Spannung in den Porenräumen nach der Belastung
ist.