книги / III. Internationales Kalisymposium 1965 Teil 2

Bild 6. Verlauf des E-Moduls über die Pfeilerbreite; Carnallitpfeiler, Merkers, 2. Sohle

kennen war, d.h. diese Zone deutlich ausgebildet war, im Mittel zu rund 80 cm. Dabei waren bemerkenswerterweise bei den untersuchten Hartund Steinsalzpfeilern keine Abhängig­ keiten von Kammerund Pfeilerbreite, von Alter der Pfeiler und Teufenlage festzustellen. Je nach Pfeilerbreite ent­ spricht das einem prozentualen Anteil des entspannten Berei­ ches von 16 bis 32 %.

Im Carnallit an der Werra betrug die Breite der entlasteten Zone im Mittel 1,05 m, d.h., 2,10 m der gesamten Pfeiler­ breite sind weitgehend durch Plastizierung entlastet. Bei den untersuchten Pfeilern der Versuchsabbaue (76 m breite Barrierepfeiler in Abständen von 163 m, 16 m Kammer und 5 m Pfeilerbreite) entspricht das etwa 44 % der Pfeilerbreite.

Es steht außer allem Zweifel, daß derartige Werte die Gesamt­ tragfähigkeit eines Pfeilers wesentlich beeinflussen. Der Gebirgsschlag von 1961 in Merkers in einem Bereioh der ge­ nannten Carnallitabbaue bestätigt diese Auffassung.

Auf eine bei der Ermittlung von seismisohen d- und E-Werten im Pfeilerinnern gemachte Erfahrung sei noch hingewiesen:

Im Bereich der Randzone zeigen d und E eine gleichsinnige Tendenz. Einem Anstieg von E entspricht ein solcher von 6 .

Im Pfeilerinnern verlaufen natürliche Schwankungen von bei-

Bild 9. P-Wellengeschwindigkeit, Januar 1961

erwähnten Gebirgssohlag sei mitgeteilt* Die im Pfeiler 49/50 der Blockstrecke VI gelegene Meßstelle 62 auf der 2. Sohle in Merkers zeigte hinsiohtlich der zeitlichen Veränderung des aufgenommenen Schallgeschwindigkeitenverlaufes bei Wie­

derholungsmessungen ein auffälliges Verhalten* Dazu eine Vor­ bemerkung; Schon Schuppe Q6] wies.darauf hin, daß die Unter-

ein anisotroper Spannungszustand auf den Körper einwirkt. Im Falle des einachsigen Spannungszustandes z.B. tritt mit Druckzunahme eine zunehmende Differenz zwischen den Ge­ schwindigkeitswerten auf, die einmal in Druckrichtung und

zum anderen senkrecht dazu ermittelt wurden« Der Anisotropie­ koeffizient

(7-j, V2 Schallgeschwindigkeiten der P-oder S-Welle, gemessen in zwei Hauptspannungsrichtungen) vergrößert sich nach die­ ser Erfahrung mit Druckzunahme bzw. mit Annäherung an den makroskopischen Bruchzustand.

An der erwähnten Meßstelle 62 in Merkers wurde in verschie­ denen Tiefen des Carnallitpfeilers die P- und S-Wellenge- sohwindigkeit horizontal und vertikal, d.h. in Richtung zweier HauptSpannungen gemessen.

Die Profile bei Durchschallung "horizontal” und "vertikal” sind in den Bildern 6 bis 14 für die Geschwindigkeiten der Longitudinalund Transversalwelle bei 4 Meßeinsätzen vom Juli, Oktober 1960, Januar und Februar 1961 dargestellt« Man erkennt ein zunehmendes Auseinanderklaffen der gezeigten Wertebereiche als Ausdruck für eine Vergrößerung der Ge-

Bild 14. S-Wellengeschwindigkeit. Februar 1961

sohwindigkeitsanisotropie. Der über das gesamte Profil ge­ mittelte Wert der Größe K ist auf den Bildern vermerkt. Er steigt bei P von 3.78 % bis 15*6 % bzw. 13.05 %. wobei der letztgenannte Mittelwert infolge eines Fehlers im Zeitmeß­ kreis unsicher ist. Die Anisotropie der transversalen Welle erhöht sich im gleichen Zeitraum von 1.11 % bis 12.82%. Im

Bild 15 wurden diese Ergebnisse der etwa 500 Einzelmessungen in Abhängigkeit von der Zelt noohmals zusammengestellt. Ein Meßeinsatz naoh dem Februar 1961 war an dieser Stelle nicht

Geschwindigkeitsanisotropie

Kin%

Bild 15. Zeitabhängigkeit der Gesohwindlgkeitsanlsotropie

möglich, da die Konvergenz der Meßbohrlöcher kein Einführen des Meßgestänges mehr erlaubte.

Am 29.6.1961 trat im Bereich dieser Meßstelle ein Gebirgssohlag auf. Damit scheint erneut bewiesen, daß sich geomechanische Zustandsänderungen im druckakuatischen Verhalten des Gebirges widerspiegeln, wobei zukünftig dem Verhalten der Geschwindigkeitsanisotropie mehr als bisher Beachtung geschenkt werden sollte.

Ein Nachteil der beschriebenen Verfahren der Schallgeschwin­ digkeitsermittlung am Anstehenden mittels Ultraschalls be­ steht darin, daß mit einer derartigen Meßanordnung infolge der hohen Dämpfung der hochfrequenten elastischen Wellen bei Beschränkung der Sondendimensionen auf die Größenordnung der Durohmeaser eines Sprengbohrloches nur vergleichsweise kleine Bereiche (einige m) des Gesteins erfaßt werden kön* nen. Damit erhalten wir naturgemäß nur eine lokale Informa­ tion. Es ist häufig nioht zu entscheiden, ob die örtliche Lage dieser Meßstelle für das ganze Gebiet tatsächlich re­ präsentativ ist. Der Vergleloh von Ergebnissen, die an Pfei­ lerquerdehnungsmeßstellen erhalten wurden, welche eng be­ nachbart lagen, bestätigt diese Auffassung. Es fallen immer wieder Meßstellen mit ihren Ergebnissen aus dem Hahmen des generellen Trends ohne erkennbare Ursache heraus. Daher er­ scheint es sinnvoll, die Verfahren der akustischen Spannungs­ diagnose in geeigneter Weise so zu erweitern, daß größere Bereiche des Gebirges vom Schalldurchgang erfaßt werden.

In diesem Sinne wurde bei Untersuchungen an der Werra die Länge des Laufweges gegenüber den Ultrasohallmessungen um etwa den Faktor 100 vergrößert. Ausgehend von der Annahme, daß sich geblrgssohlaggefährliohe Spannungszustände vor al­ lem auf die zwischen den beiden Lagerflözen "Hessen” und "Thüringen” befindliche Sohwebe des mittleren Steinsalzes auswirken müssen, wurde damit begonnen, ein akustisches Meßstellensystem aufzubauen, wobei das mittlere Steinsalz von

Bild 17. Methoden der Ermittlung akustischer Kennwerte durch Hammer- schlag-Seismik an der Werra (2)

durch vorhandene Blind­ schächte oder Wetterauf­ brüche geführt wird. Zur

Vermeidung langer Kabel­

MethodeM

wege ist man bei dieser

(Reflexionsverfahren)

Methode immer an Bereiche gebunden, bei denen Aufschlüsse zwischen der 1. und 2. Sohle vorhanden sind. Dieser Umstand bedeutet eine unangenehme Ein­ schränkung der Anwendbarkeit des Verfahrens. Um von dieser Beschränkung freizukoraraen, wurde eine Übertragungsmethode entwickelt und erprobt, die eine derartige Durchstrahlungsmessung von Aufschlüssen unabhängig macht (Methode II). In diesem Palle erfolgt die Iriggerübertragung von der 1. zur

2. Sohle mittels Punks.Auf beiden Sohlen befindet sich ein kombiniertes Sendeund Empfangsgerät (15 Watt, Funkwerk Dabendorf). Der Hammerschlagimpuls steuert über ein von Band T8] entwickeltes Vorsatzgerät den Sender an, dessen An­ tenne das Signal durch das Gestein ausstrahlt. Es wird von der Empfangs ante nne auf der 2. Sohle aufgenommen, dem Emp­ fänger zugeführt ünd über einen weiteren elektronischen Vorsatz der Zeitablenkung des eigentlichen Meßgerätes zuge­ führt. Diese Anordnung gewährleistet gleichzeitig eine gute Sprechverbindung zwischen beiden Sohlen.

Das gute Ergebnis eines erst in den letzten Wochen durchge­ führten Versuches eröffnet die prinzipielle Möglichkeit der Verwendung einer sogenannten ReflexionsVariante (Bild 17).

Es ist nämlich mit großer Sicherheit gelungen, von der obe­ ren Sohle aus die darunter führende Strecke der 2. Sohle seismisch zu orten. Die Ortungsentfernung betrug 58 m. Über dieses Versuchsergebnis wird im Hinblick auf das in der Bergbauund Ingenieurgeophysik wichtige und akute Problem der Hohlraumortung an anderer Stelle eingehend berichtet. Im Zusammenhang mit der Bestimmung dynamischer elastischer

Konstanten interessiert hier nur die Feststellung, daß der­ artige Reflexionsmessungen durchführbar sind und daß auf diese Weise eine Laufzeitermittlung der Schallwelle im Ge­ stein möglich ist, ohne daß eine Gegen-Empfangsstation auf der 2. Sohle vorhanden ist. Da sich in diesem Falle Sendeund Empfangspunkt auf einer Sohle befinden, verringert sich der organisatorische und gerätetechnische Aufwand ganz er­ heblich.

Um Ihnen einen Eindruck von dem Meßeffekt bei der Hammer- schlag-Durchstrahlungsmethode zu vermitteln - es ist auch hier wieder die Laufzeitbestimmung der P- und S-Welle erfor­ derlich -»zeigt Bild 18 (siehe Bildtafel VI) ein Seismogramm, in dem deutliche und scharfe P- und S-Welleneinsätze erkenn­ bar sind, wie sie in der konventionellen Seismik nioht auftreten.

Besonders bemerkenswert ist die große Energie der Transver­ salwellen. Eine Diskussion der Frage, ob es sich bei dem energiereiohen 2. Einsatz tatsächlich um eine S-Welle handelt, oder ob hier eine OberflächenweIle einsetzt, entfällt, da

auf Grund der Geometrie der Versuohsanordnung überhaupt kei­ ne direkten Oberflächenwellen im Spiele sind. Bild 19 zeigt die Anlage der durchgeführten Reflexionsmessungen.

In Bild 20 sind als Ergebnis dieser Messung Laufzeitkurve und Stoßstrahlenverlauf der seismischen Welle dargestellt. Das von der Firste der Strecke A reflektierte seismische Signal ist eine Transversalwelle (SS).

Der Zweck dieser Untersuchungen besteht darin, aus Laufzeit­ veränderungen bzw. Veränderungen der elastischen Kennwerte des Gebirges, die sich bei wiederholten Kontrollmessungen ergeben, Rückschlüsse auf eine Veränderung der Spannungsver­ hältnisse abzuleiten. Bei den bisher durchgeführten Messun­ gen traten noch keine auffälligen zeitlichen Unterschiede dieser Größen in Erscheinung. Im offensichtlich gesunden Ge­ birge ergibt sich aus einer Vielzahl von Einzelmessungen

für das mittlere Steinsalz der Werra ein Wertebereich für die Poissonsche Zahl von 0,24 bis 0,27 mit einem Schwerpunkt der Wertedichte bei 0,25. Der mittlere E-Modul beträgt

250 • 102 kp/cm2. Deutlich abweichend von diesen Meßwerten