Boden und Fels sind im Allgemeinen nicht mit denselben Methoden nachzuweisen. Die Beschaffenheit des Materials Fels führt zu einer Vielzahl an unterschiedlichen Versa-gensmechanismen, die im EC7 keine Berücksichtigung finden. Darüber hinaus ist eine Abwechslung aus Lockergestein bzw. Boden und Fels, die sich im Übergang zwischen Locker- und Festgestein befindet zu berücksichtigen (z.B. konglomeratisch verkitteter Kies, überkonsolidierter Schluff (Schlier)).
Diese Faktoren sind durch die ÖGG Richtlinien zum zyklischen und maschinellen Vor-trieb abgedeckt. Durch diese wird das Gebirge in sogenannte Gebirgsverhaltenstypen (GVT) eingeteilt. Gebirgsverhaltenstypen beschreiben das Verhalten des (annähernd) kreisförmig ausgebrochenen Hohlraumes ohne Ausbau. Das Gebirgsverhalten in einem Abschnitt kann beschrieben werden durch einen einzelnen oder durch eine Kombination aus mehreren GVT. Dieses Gebirgsverhalten nimmt vor allem Rücksicht auf einen mög-lichen Versagensmechanismus im ausgebrochenen Hohlraum. Dadurch können bereits erste Rückschlüsse getroffen werden, ob Berechnungen mittels eines Kontinuumsmo-delles oder anhand eines Diskontinuums durchzuführen sind. Die elf möglichen Ge-birgsverhaltenstypen sind in Tabelle 1 aufgelistet.
Tabelle 1: Gebirgsverhaltenstypen (GVT) – der ÖGG Richtlinien für zyklischen (2008) und maschinellen Vortrieb (2013)
Gebirgsverhaltenstyp 1 Standfestes Gebirge
2 Gefügebedingte Ausbrüche
3 Hohlraumnahe Überbeanspruchung 4 Tiefreichende Überbeanspruchung 5 Bergschlag
6 Schichtknicken
7 Firstniederbruch durch Scherversagen 8 Rolliges Gebirge
9 Fließendes Gebirge 10 Quellendes Gebirge
11 Gebirge mit kleinräumig wechselnden Verformungseigenschaften
Der maßgebliche Gebirgsverhaltenstyp für die Berücksichtigung von K rausfallenden/gleitenden Blöcken ist
Definition des Gebirgsverhaltens lautet wie folgt (ÖGG, 2008):
„Großvolumige gefüge lokales überschreiten der Sch
Für diesen Gebirgsverhaltenstyp empfiehlt die ÖGG diskreten Methoden (z.B. DEM)
in Abbildung 5 dargestellt.
Abbildung 5: Gebirgsverhaltenstyp 2
Nicht zu verwechseln ist der GVT 2, dessen Versagen durch die Raumstellungen der Klüfte zustande kommt, mit dem GVT 7 (Firstniederbruch
Abbildung 6 dargestellt ist.
Scherparametern des Gebirges und damit
Abbildung 6: Gebirgsverhaltenstyp 7 2008)
Der maßgebliche Gebirgsverhaltenstyp für die Berücksichtigung von K rausfallenden/gleitenden Blöcken ist GVT 2 (Gefügebedingte Ausbrüche).
Definition des Gebirgsverhaltens lautet wie folgt (ÖGG, 2008):
„Großvolumige gefüge- und schwerkraftbedingte Ausbrüche, vereinzelt lokales überschreiten der Scherfestigkeit an Trennflächen.“
Für diesen Gebirgsverhaltenstyp empfiehlt die ÖGG- Richtlinie die Untersuchung mit (z.B. DEM) bzw. der Block Theorie. Das Verhalten
gestellt.
: Gebirgsverhaltenstyp 2 – Gefügebedingte Ausbrüche (ÖGG, 2008
Nicht zu verwechseln ist der GVT 2, dessen Versagen durch die Raumstellungen der Klüfte zustande kommt, mit dem GVT 7 (Firstniederbruch durch Scherversagen), der
dargestellt ist. Das Scherversagen in der Firste ist dabei Scherparametern des Gebirges und damit auch von den Festigkeiten.
: Gebirgsverhaltenstyp 7 – Firstniederbruch durch Scherversagen (ÖGG, Trennflächen
Hohlraumgeometrie Der maßgebliche Gebirgsverhaltenstyp für die Berücksichtigung von Klüften und
he-(Gefügebedingte Ausbrüche). Die genaue
und schwerkraftbedingte Ausbrüche, vereinzelt
Richtlinie die Untersuchung mit Verhalten des GVT 2 ist
usbrüche (ÖGG, 2008)
Nicht zu verwechseln ist der GVT 2, dessen Versagen durch die Raumstellungen der urch Scherversagen), der in dabei abhängig von den
durch Scherversagen (ÖGG, Trennflächen
Hohlraumgeometrie
Ein Beispiel für vollkommen festigkeitsabhängiges Versagen, welches mittels einer kontinuumsmechanischen Berechnung nachgewiesen werden kann,
(Hohlraumnahe Überbeanspruchung die Plastifikation von Fels
umlagerung nach dem Ausbruch
Abbildung 7: Gebirgsverhaltenstyp 3 2008)
In stark geklüftetem Gebirge, dessen Verhalten durch d führen diese Spannungsumlagerung
Dadurch wird veranschaulicht, dass erst eine genau
tens zu einer richtigen Wahl der Berechnungsmethode führt.
2.2.1 Berücksichtigung von Trennflächen
Aus der Beschreibung des GVT 2 wird ersichtlich, dass der Mechanismus des Bloc versagens von der Raumstellung der Trennflächen des
nung ist durchzuführen mit einer geeigneten Methode kontinuums.
Für das Gleiten einzelner Blöcke kann ein Nachweis anhand des EC7 erfolgen. Eine entsprechende Sicherheit wird durch die Abminderung
zum Nachweis einer Böschung Das größte Risiko eines Versagens
rausfallen. Dieses Versagen kann als unabhängig von den Scherparametern in den Trennflächen betrachtet werden. D
den Raumstellungen der Trennflächen.
Ein Beispiel für vollkommen festigkeitsabhängiges Versagen, welches mittels einer kontinuumsmechanischen Berechnung nachgewiesen werden kann,
Überbeanspruchung). Der Versagensmechanismus
von Fels in den Ulmen. Vornehmlich tritt dies durch die Spannung rung nach dem Ausbruch auf.
: Gebirgsverhaltenstyp 3 – Hohlraumnahe Überbeans
In stark geklüftetem Gebirge, dessen Verhalten durch den GVT 2 beschrieben wird, diese Spannungsumlagerungen eher zu einer Stabilisierung von
veranschaulicht, dass erst eine genaue Beschreibung des Gebirgsverha tens zu einer richtigen Wahl der Berechnungsmethode führt.
Berücksichtigung von Trennflächen
Aus der Beschreibung des GVT 2 wird ersichtlich, dass der Mechanismus des Bloc versagens von der Raumstellung der Trennflächen des Gebirges abhängt. Die Berec en mit einer geeigneten Methode zur Berücksichtigung eines Di
Für das Gleiten einzelner Blöcke kann ein Nachweis anhand des EC7 erfolgen. Eine entsprechende Sicherheit wird durch die Abminderung von Scherparametern, analog zum Nachweis einer Böschung, gewährleistet.
s größte Risiko eines Versagens geht jedoch von Blöcken aus, die aus der Firste h rausfallen. Dieses Versagen kann als unabhängig von den Scherparametern in den
et werden. Dieser Versagensmechanismus ist einzig abhängig von den Raumstellungen der Trennflächen.
plastifizierte Bereiche
Ein Beispiel für vollkommen festigkeitsabhängiges Versagen, welches mittels einer kontinuumsmechanischen Berechnung nachgewiesen werden kann, ist der GVT 3 entsteht u.a. durch durch die
Spannungs-Hohlraumnahe Überbeanspruchung (ÖGG,
en GVT 2 beschrieben wird, eher zu einer Stabilisierung von Kluftkörpern.
e Beschreibung des
Gebirgsverhal-Aus der Beschreibung des GVT 2 wird ersichtlich, dass der Mechanismus des Block-Gebirges abhängt. Die Berech-zur Berücksichtigung eines
Dis-Für das Gleiten einzelner Blöcke kann ein Nachweis anhand des EC7 erfolgen. Eine von Scherparametern, analog
geht jedoch von Blöcken aus, die aus der Firste he-rausfallen. Dieses Versagen kann als unabhängig von den Scherparametern in den
ist einzig abhängig von
Die Berücksichtigung von Trennflächen wird in aktuellen Normen und Richtlinien nur anhand der Scherparameter vorgenommen. Der EC7 geht im Bezug auf die Raumstel-lung einer Trennfläche nur von einer deterministischen Annahme aus, die wiederum nur explizit für Felsböschungen beschrieben ist.
3 Block Theorie
Die Block Theorie von R.E. Goodman und G. Shi (1985) liefert eine einfache Möglich-keit, um anhand der Raumstellungen von Trennflächen eines Gefüges, die Entfernbar-keit einzelner Blöcke feststellen zu können.
Die Grundannahme der Block Theorie ist, dass einzelne Blöcke, sogenannte Key Blö-cke (KB), wie der Schlussstein eines Gewölbes wirken. Ein entfernen eines Key Blocks würde zu einem Zusammenbrechen der gesamten Struktur führen. Diese Kettenreaktion wurde beim Bau des Kemano Tunnels in Kanada beobachtet. (Cook et al., 1983)
Das Fixieren eines Key Blockes führt, laut Block Theorie, zu einer Stabilisierung des gesamten Gefüges. Ein Zutreffen dieser Annahme unterstellt, dass keine weiteren Un-tersuchungen des Trennflächensystems durchzuführen sind, um eine Standfestigkeit der Blockansammlung zu gewährleisten.
Die Block Theorie ist darauf bedacht, derartige Key Blocks zu finden und ihre Sicher-heit nachzuweisen. Die Form der Berechnung erfolgt analytisch und kann für einfache Fälle von Hand durchgeführt werden. Diese Simplizität in der Berechnung erfordert jedoch eine Vereinfachung der mechanischen Randbedingungen.