Stoffansatz für Opalinuston

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Mohammadreza Jalali

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Stoffansatz für Opalinuston

Projektfinanzierung: Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI)

Projektlaufzeit: 2018 - 2021

 

Opalinuston, eine etwa 180 Millionen Jahre alte mesozoische Schieferformation, wurde als potenzielles Wirtsgestein für die Entsorgung von hoch- und niedrigradioaktiven Abfällen in der Schweiz ausgewählt. Einige der vorteilhaften Eigenschaften dieser Formation sind die geringe hydraulische Leitfähigkeit, das hohe Radionuklid-Retentionspotential und das Potential der Selbstabdichtung von offenen Spalten und Rissen. Die Heterogenität der charakteristischen Parameter wie hydraulische Leitfähigkeit, Diffusionskoeffizienten und mechanische Eigenschaften sowie der Einfluss der Schichtung spielen bei der Charakterisierung dieser tonreichen Formationen eine zentrale Rolle.
Die hydromechanische Charakterisierung von Opalinuston unter undrainierten, kurzfristigen und drainierten, langfristigen Bedingungen kann das Verständnis von folgenden Gesichtspunkten erleichtern:

  • Das maßgebende mechanische Verhalten von Opalinuston
  • Die Abhängigkeit seiner geomechanischen und petrophysikalischen Eigenschaften vom effektiven Spannungszustand
  • Seine Festigkeit im gesättigten Zustand
  • Die kurzfristige Porendruckentwicklung beim Triaxialversuch und Tunnelvortrieb
  • Die Prozesse, die die Bildung von Aushubschadenszonen, genannt EDZ, um Tunnel und Stollen steuern
  • Der Einfluss von Porenüberdruckverlust auf die EDZ und Tunnelverformungen.

Das laufende Projekt umfasst eine Reihe von HM-gekoppelten Laborexperimenten und numerischen Simulationen zur Charakterisierung der geomechanischen und hydromechanischen Eigenschaften und des Verhaltens von intaktem Opalinuston. Die laufenden Laborexperimente ergänzen die bisherigen Laborexperimente wie z.B. unkonsolidierte und nicht entwässerte Tests (Amann et al. 2011, 2012), unlimitierte Druck- und indirekte Zugfestigkeitstests an Proben, die bei verschiedenen relativen Feuchten ausgeglichen sind (Wild et al. 2015a), und konsolidierte und entwässerte triaxiale Tests an vollständig wiedergesättigten Proben (Wild et al. 2015b). Für numerische Simulationen wird ein querisotropes elastoplastisches Modell entwickelt, das mit den oben genannten Labortests verglichen wird.

Referenzen

Amann, F., Button, E. A., Evans, K. F., Gischig, V. S., & Blu¨mel, M. (2011). Experimental study of the brittle behavior of clay shale in short-term unconfined compression. Rock Mechanics and Rock Engineering, 44(4), 415–430.

Amann, F., Kaiser, P. K., & Button, E. A. (2012). Experimental study of the brittle behavior of clay shale in rapid triaxial compression. Rock Mechanics and Rock Engineering, 45(1), 21–33.

Wild, K. M., Wymann, L. P, Zimmer, S., Thoeny, R., & Amann, F. (2015a). Water retention characteristics and state-dependent mechanical and petro-physical properties of a clay shale. Rock Mechanics and Rock Engineering, 48, 427–439.

Wild, K. M., Amann, F., & Martin, C. D. (2015b). Dilatancy of clay shales and its impact on pore pressure evolution and effective stress for different triaxial stress paths. In Proceedings of the 49th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, American Rock Mechanics Association.