Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist das Entwickeln eines praktikablen Verfahrens zur Prognose von Schwallwellen infolge Setzungsfliessrutschungen an Boeschungen vollstaendig bzw. teilweise gefluteter Tagebaurestloecher des Lausitzer Braunkohlenreviers. Der Rutschungsvorgang wird durch das Anwenden der Erhaltungsgleichungen der Kontinuumsmechanik dynamisch unter Verwendung eines numerischen Verfahrens modelliert. Es wird dabei vorausgesetzt, dass Scherwiderstaende innerhalb des Bodens mit dem Mohr-Coulombschen Gesetz bestimmt werden koennen. Informationen ueber die Bildung und Ausbreitung von Schwallwellen bzw. deren Auflauf an einem Gegenufer werden aus hydraulischen Versuchen, die an der TU Dresden durchgefuehrt wurden, gewonnen. Die abgeleiteten Prognosegleichungen tragen empirischen Charakter. Nachrechnungen fuer ein beobachtetes Schwallwellenereignis zeigen, dass das entwickelte Verfahren zur Abschaetzung von Gefahren in gefluteten Tagebaurestloechern des Lausitzer Braunkohlenreviers geeignet ist.
Im Rahmen eines Grossverbundprojektes werden durch praktisch orientierte Forschung Wege zur wirtschaftlichen Sanierung von setzungsfliessgefaehrdeten Tagebauflaechen gesucht. Die Standsicherheit von Kippenkoerpern wird gegenueber einem moeglichen Setzungsfliessen, besonders in Uferbereichen von Restloechern, beurteilt. Zur Erhoehung der Wirksamkeit der Sanierung werden heute gaengige Baugrundverbesserungsverfahren (Ruetteldruckverfahren, Dynamische Intensivverdichtung, Mueller-Resonance-Compaction) und das Sprengverdichtungsverfahren sowohl theoretisch als auch experimentell (Labor- und Feldversuche) untersucht. Zur Schaffung wirksamer Schutzzonen gegenueber einem Verfluessigungsversagen wird der Wirkmechanismus und die Effektivitaet von Porenwasserdruckbarrieren (hochdurchlaessige Filterelemente) untersucht. Durch gezielte Landschaftsgestaltung soll die Gefaehrdung von Uferzonen eingegrenzt werden, die aus der Bildung von Schwallwellen bei eventuellen Fliessrutschungen hervorgeht. Die Mechanismen zur Bildung von Schwallwellen, ihr Verhalten und ihre Eigenschaften werden in theoretischen und experimentellen Untersuchungen (Modellversuche) geklaert. Schliesslich wird die Bebaubarkeit von Tagebaukippen durch Bauwerke verschiedener Art geprueft. Ziel des Gesamtvorhabens ist die Erarbeitung einer Anwendervorschrift fuer die alltaegliche Praxis im Bereich der Sanierung und Bebauung von Kippen und Kippenboeschungen zur Optimierung der dabei erforderlichen technologischen Prozesse und zur Verringerung des finanziellen Aufwandes.
Die vom Braunkohlenbergbau im Lausitzer Revier hinterlassenen Kippenflaechen muessen im Boeschungsbereich gegen grossraeumige Setzungsfliessrutschungen gesichert werden. Das Kippenmaterial neigt bei Wiederanstieg des Grundwasserspiegels aufgrund seiner Materialeigenschaften (Kornverteilung, Kornform, Porenzahl etc.) und der geringen Lagerungsdichte zu spontaner Verfluessigung. Zur Sicherung dieser Bereiche werden nicht verfluessigungsfaehige, verdichtete Stuetzkoerper, sogenannte versteckte Daemme, in den 40-60 m maechtigen Kippen geschaffen, welche ein Setzungsfliessen verhindern bzw. raeumlich begrenzen sollen. Das effizienteste Sanierungsverfahren ist die Verdichtung durch Sprengungen unterhalb des freien Grundwasserspiegels, wobei in einem oder mehreren Bohrloechern 2-4 in verschiedenen Teufen befindliche Teilladungen gezuendet werden. Durch die Verdichtungssprengung tritt eine lokale Verfluessigung des Bodens ein, infolgedessen unter Auflast des Deckgebirges eine Erhoehung der dichte und Scherfestigkeit sowie eine Verringerung des Porenvolumens eintritt. Die dabei auftretenden dynamischen Belastungen koennen unter Umstaenden ein Boeschungsversagen verursachen bzw. zur Ueberschreitung (DIN-) relevanter Erschuetterungsgroessen im Fernfeld fuehren. Aus diesem Grund ist es erforderlich, bei der Planung von Sprengtrassen zur Herstellung 'versteckter Daemme' diese dynamischen Belastungen sicher einschaetzen zu koennen. Im Ergebnis des Forschungsvorhabens wurde auf der Basis einer Vielzahl von in situ-Messungen und Modelluntersuchungen Prognosebeziehungen fuer - Oberflaechenschwinggeschwindigkeiten (vertikal, radial, tangential), - Schwingbeschleunigungen im Kippenuntergrund, - Porenwasserueberdruck und - Oberflaechensetzung (Betrag der Maximalsetzung, Setzungsvolumen) in Abhaengigkeit von der Entfernung vom Sprengpunkt, der Ladungsmenge und der Ladungsteufe erarbeitet. Diese ermoeglichen zukuenftig im Vorfeld der Sprengung, die zu erwartenden dynamischen Lasten und Porenwasserdruecke in Standsicherheitsberechnungen einzubeziehen bzw. an bestimmten kritischen Orten (Ufersaum, Bebauung) die Erschuetterungswirkung abzuschaetzen. Als ein weiteres Ergebnis wurde nach einer umfangreichen Versuchsreihe eine Anwenderempfehlung zur bohrlochinternen Staffelung der Zuendzeitpunkte der einzelnen Teilladungen erarbeitet. Durch diese Verbesserung der Sprengtechnologie kann der Erschuetterungseintrag bei gleichzeitig verbesserter Verdichtungswirkung reduziert werden. Zur Durchfuehrung der Messungen der Schwingbeschleunigung und des Porenwasserdrucks wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens eine Kombinations-Tiefensonde entwickelt, welche die gleichzeitige Erfassung beider Messgroessen bis in Teufen von 30-35 m und in unmittelbarer Naehe der Sprengung ermoeglicht und nach der Messung wieder geborgen werden kann. Die Kombinations-Tiefensonde und das Messverfahren wurden unter der Nummer P 197 48 580.4-52 patentiert.
Auf der Grundlage bisheriger Forschungsergebnisse ist es moeglich, Kippenflaechen anhand ihrer Kornzusammensetzung, der Kornabrundung, der Lagerungsdichte und ihres Saettigungsgrades hinsichtlich ihrer Verfluessigungsgefaehrdung einzuschaetzen. Wenn alle diese Kriterien auf eine Verfluessigungsgefaehrdung hinweisen, kann der Grad der Gefaehrdung gegenueber Verfluessigung anhand von Verfluessigungstests im statischen bzw. dynamischen Triaxialgeraet untersucht werden. Verfahren zur quantitativen Bewertung der Verfluessigungsgefahr und des Ausmasses von Setzungsfliessrutschungen wurden weiterentwickelt. So wurden die Formel zur Berechnung des kritischen Wasserstandsverhaeltnisses in der Kippe sowie die Formel zur Abschaetzung der Rueckgriffweite einer moeglichen Setzungsfliessrutschung ueberarbeitet. Ziel der Forschung war eine genaue Einschaetzung der Setzungsfliessgefahr unter Beruecksichtigung statischer und dynamischer Belastungen. Es wurden systematische Untersuchungen zum Festigkeitsverhalten von Kippensanden durchgefuehrt. Auf der Grundlage der Forschungsarbeiten wird eine sinnvolle Herangehensweise zur Bestimmung der Festigkeitswerte im Labor vorgeschlagen. Von besonderem Interesse ist die Standsicherheit von Boeschungen bei dynamischer Belastung, insbesondere bei Spreng- und Ruetteldruckverdichtungsmassnahmen. Es wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem die Gefahr des Eintretens einer Setzungsfliessrutschung bei Sprengverdichtung und Ruetteldruckverdichtung abgeschaetzt werden kann. Im Ergebnis entstand ein anwenderorientierter Leitfaden zur Beurteilung der Setzungsfliessgefahr und zum Schutz von Kippen und Kippenboeschungen gegen Setzungsfliessen, in dem auch die Erkenntnisse der anderen Teilprojekte zusammengefasst wurden.
Der Tagebaubetrieb zur Gewinnung von Braunkohle hinterlaesst Kippensysteme geringer Lagerungsdichte, die durch Einstellung der Bergbautaetigkeit und nachfolgenden Grundwasserwiederanstieg unter sukzessive Saettigung geraten. Unter bestimmten Bedingungen koennen sich solche Bereiche verfluessigen und sog. Setzungsfliessen ausloesen, die zumeist eine erhebliche Gefaehrdung fuer Mensch und Sachwerte darstellen. Als Initial einer Verfluessigung spielen durch Tagebaugrossgeraete verursachte dynamische Belastungen eine wesentliche Rolle. Zur Simulation dieser Spannungsaenderungen dient ein speziell entwickeltes Schwingtriaxialgeraet, in dem die Probe unter statischen Spannungsbedingungen extern vertikalen Schwingungen ausgesetzt wird.
Die Verfahren Ruetteldruckverdichtung und dynamische Intensivverdichtung wurden in den vergangenen Jahrzehnten erfolgreich zur Bodenverbesserung angewendet. Erste Erfahrungen existieren auch hinsichtlich einer Anwendung bei der Sanierung von Kippen und Restloechern der Braunkohlenindustrie. Bisher fehlte jedoch eine systematische wissenschaftliche Untersuchung. Gesamtziel des Forschungsthemas ist, die Bedingungen fuer die Anwendung dieser Verfahren unter den besonderen Aspekten des Einsatzes in wassergesaettigten, verfluessigungsgefaehrdeten kohaesionslosen Lockergesteinen zu ermitteln. Dazu gehoert eine Gefaehrdungsabschaetzung und eine Optimierung der technologischen Parameter. Zu diesem Zweck wurde eine leistungsfaehige Feldmessausruestung geschaffen, die eine grossflaechige Erschuetterungsmessung ermoeglicht. Weiterhin wurden Aussagen zur zu erreichenden Verdichtung abgeleitet. Ergebnisse liegen zur Gefaehrdungsabschaetzung und Verdichtungswirkung insbesondere fuer Zusammenhaenge zwischen Energieeintrag und Verdichtungsergebnissen vor. Da es vergleichbare Aktivitaeten (Sanierung setzungsfliessgefaehrdeter Kippen) bisher nirgendwo gegeben hat, war ein Zurueckgreifen auf Kenntnisse und Entwicklungen anderer Anwender ausgeschlossen. Es werden geringere Energieeintraege sowie groessere Rastermasse bei Ruetteldruckverdichtung vorgeschlagen. In diesen Bereichen existieren bisher keine praktischen Erfahrungen, deshalb ist eine Erprobung notwendig. Wenn sich diese Ergebnisse in der Praxis bestaetigen, so fuehrt das zu betraechtlichen Einsparungen an Arbeitszeit, Technik und finanziellen Mitteln.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 6 |
| Wissenschaft | 6 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 6 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 6 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 6 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 6 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 6 |
| Lebewesen und Lebensräume | 6 |
| Luft | 5 |
| Mensch und Umwelt | 6 |
| Wasser | 6 |
| Weitere | 6 |