Geotechnisches Labor

   

Das geotechnische Labor

Der Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie verfügt über ein geotechnisches Labor, welches vielseitig genutzt wird. Die Laborarbeit findet in zwei Teilbereichen statt und dient der Lehre und Forschung auf dem Gebiet der Boden- und Felsmechanik.

Lehre

Die Lehre beinhaltet Praktika und die Betreuung von Bachelor- und Masterstudierenden.

Mit Hilfe verschiedenster Versuche können folgende bodenphysikalische Kennwerte nach DIN/ ISO ermittelt werden:

• Wassergehalt
• Korngrößenverteilung durch Siebung
• Korngrößenverteilung durch Schlämmanalyse
• Korndichte
• Fließ- und Ausrollgrenze
• Schrumpfgrenze
• Wasseraufnahmevermögen
• Kalkgehalt
• Glühverlust
• Verdichtungsverhalten nach Proctor
• Kompressionsverhalten bei behinderter Seitendehnung
• Scherfestigkeit

Forschung

Abseits der Lehrtätigkeit wird das Labor für die Durchführung geotechnischer Versuche in unterschiedlichen Forschungsprojekten genutzt – oft unter Einbeziehung Studierender im Rahmen von Abschlussarbeiten. Im Folgenden sollen einzelne Projekte exemplarisch vorgestellt werden, um einen anschaulichen Eindruck der Labortätigkeiten zu vermitteln.

  Urheberrecht: © LIH

Hydromechanische Charakterisierung vom Opalinuston

Opalinuston stellt eine vielversprechende lithologische Formation für die Endlagerung radioaktiver Abfälle dar. Im geotechnischen Labor des LIH wird das hydromechanische Verhalten entsprechender Tonproben in triaxialen Druckversuchen (axiale Last: 100 kN, Einspannung bis zu 30 MPa) untersucht.
In den zwei Zellen der Anlage, können die Proben zunächst isostatisch gesättigt und konsolidiert und anschließend unter dem Prüfrahmen unter kleinsten Deformationsraten abgeschert werden.

  Urheberrecht: © LIH

Direkte Scherversuche an 3D-gedruckten Proben

Moderne 3D-Drucktechniken ermöglichen die Herstellung sandsteinanaloger Probenkörper mit definierten und hochgradig reproduzierbaren Eigenschaften und (Kluft-)Geometrien. Mit Hilfe direkter Scherversuche (100kN) an solchen Proben lässt sich der Einfluss verschiedener Parameter auf die Scherfestigkeit deutlich isolierter untersuchen, als es bei natürlichen Proben möglich ist.

  Urheberrecht: © LIH Bodenverflüssigung in Erdrutschablagerungen

Bodenverflüssigung in Erdrutschablagerungen

In einem weiteren Laborexperiment soll die Porendruckentwicklung in Erdrutschablagerungen bei nachfolgenden Ereignissen sowohl unter undrainierten als auch drainierten Bedingungen erforscht werden. Für dieses Experiment wurde eine Plexiglasbox gebaut, in der die Bodenprobe vor Beginn des Versuchs voll gesättigt wird. Um nun den Einfluss eines Erdrutsches auf die Schuttablagerungen am Hangfuß zu simulieren, wird mit Hilfe eines Trichters ein zweites Bodenvolumen von oben in die Plexiglasbox fallen gelassen. An den Seiten der Box positionierte Sensoren zeichnen dabei kontinuierlich den Porendruck im Sediment auf.

FEAR - Fault activation and earthquake rapture

Das Projekt „FEAR“ befasst sich mit diversen Scherversuchen, in denen Granitoberflächen gegeneinander geschert werden und das Reibungsverhalten in Abhängigkeit der Schergeschwindigkeit, der Scherspannungen sowie der Oberflächenbeschaffenheit untersucht wird. In den Versuchsaufbau ist ein Acoustic-Emission-System eingebunden, welches Mikrorisse, die beim Schervorgang auf den Oberflächen der Granitproben entstehen, aufnimmt, lokalisiert und mit seismologischen Methoden auswertet.

 

Vorhandene Geräte

Das LIH verfügt über umfangreiche Ausrüstung für die Versuchsdurchführung im Labor und Gelände:

Laborgeräte	Feldgeräte
Rahmen-Schergerät für Lockergestein Direktes Schergerät für Gesteinsproben (100kN) Triaxial Presse (axiale Last:100kN, Einspannung bis zu 30 MPa) Klimakammer mit einem Temperaturbereich von -10°C bis +30°C und eine relative Luftfeuchte von 30% bis 95% Hochauflösende Kamera für Digital Image Correlation (DIC) Verschiedene Datenakquisitionssysteme für u.a. Dehnungs-, Porendruck- und Kraftmessung sowie zur Messung mikroakustischer Signale	Bohrlochkamera zur Inspektion von Bohrlöchern Nivelliergerät zur Messung von Höhenunterschieden Feldflügelsonde zur Bestimmung der schichtorientierten-, undrainierten Scherfestigkeit im Bohrloch Guelph Permeameter zur Ermittlung der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit des Bodens Cobra zur Rammkernsondierung Rammsonde zur Rammsondierung Pürkhauer und Ausstechzylinder zur Probennahme Laserscanner zur Beobachtung von Oberflächendeformationen Teledyne Optech Polaris Reichweite: bis zu 2.000 m Repetitionsrate : bis zu 500 kHz integrierte Farbkamera ZEB-REVO GeoSLAM (Mobil) Reichweite: max. 30m Datenerfassungsrate : 43.2 kHz Faro Focus3D X330 Reichweite: 0.6- 330 m Messsrate : bis zu 976 kHz FO-DTS (Fibre optical distributed temperature sensing) zur faseroptischen Temperaturmessung in Bohrlöchern bis zu 300m Tiefe Hochdruckpumpen + Flowboard zur Durchführung von Druck- und ratenkontrollierten hydraulischen Versuchen und Stimulationen mit bis zu 100 l/min bei 20 MPa im Festgestein Hochauflösende Kamera für DIC Hochauflösende Kamera inklusive Range Finder, GPS System und Software für digitale Photogrammetrie Modulare Multi-Packer Systeme (MMPS) Zwei Systeme (bei Bedarf bis zu vier Systeme) bestehend aus jeweils 5 Packern, die 5 Intervalle im Bohrloch isolieren (1x 1 m, 2x 0,5 m, 2x 0,25 m) eine Füllleitung pro Packer und 2 Zugangsleitungen je Intervall zur Drucküberwachung und Injektion Maximaler Packerdruck: 14 MPa (abhängig vom Bohrlochdurchmesser) Erwarteter maximaler Intervalldruck: 7 MPa (skaliert mit max. Packerdruck) Bohrlochdurchmesser: min. 60 mm Bohrlochlänge: 5-10 m Radarsysteme ( GBInSAR) für Langzeitmessungen von Hangverformungen Frequenz: 12 - 18 MHz Reichweite: bis zu 5 km Genauigkeit: 0,3 - 0,7 mm

Ausblick in die Zukunft

Aktuell wird ein weiterer Laborbereich im Untergeschoss eingerichtet (36m²), um u.a. Platz für eine weitere triaxiale Prüfmaschine zu schaffen. Diese wird eine axiale Last von 350 kN und eine Einspannung bis zu 70 MPa aufbringen können. Die Lieferung der Prüfmaschine erfolgt voraussichtlich im Herbst 2022