DE1634452A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Spannungen in Bodenformationen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Spannungen in BodenformationenInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Spannungen
in Bodenformationen
Es wir-d heute Wert darauf gelegt, den Spannungszustand
einer Bodenformation (Boden, G-ebirge uewe) zu
^eiment da sich daraus ihre mechanischen Eigenschaften,
ihre Tragfähigkeit, Ihr Aufbau usw., und dementsprechend ihr Verhalten als Baugründung bestimmen lassen.
Man verfügt heut© über Methoden zuv Bestimmung von
Spannungen in Bodenformationen, entweder an äer Oberfläch© - "besonders an &©n Wänden von Stollen =■ oä©r ;.,,.?.
Punkten im lim.@vn9- die durch Bohrlöolisr s
BAD
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gemacht werden. Die Bestimmung des Spannungszustandes
durch Ermittlung der Spannungen an den Wänden von Stollen hat den Nachteil daß der Aushub die ursprüngliche Spannungsverteilung
stört. Diese Störung wird einerseits von der Anwesenheit eines Loches im Gelände und andererseits
von der durch die Aushubarbeiten entstehende Störung verursacht. Die erstgenannte Sprung kann durch Bestimmung
des in der Umgebung des Grabens bestehenden Spannungszustandes berechnet werden, dies ist aber bei der zweiten
Störung nicht möglich. Deswegen haben die Methoden zur Spannungsbestimmung an der Oberfläche nur begrenzte Bedeutung
für die Bestimmung des Spannungszustandes im Erdinnern.
Sie sind aber besonders dazu geeignet, Auskunft über das Spannungsfeld in der Nähe der Stollenwand zu
geben. Die Kenntnis dieses Spannungsfeldes hat die größte Bedeutung hinsichtlich der Techniken des Einbringens von
Stollen und Tunneln, ihre Instandhaltung und für die Planung und Durchführung von Auskleidungen.
Eine der zur Spannungsbestimmung an der Oberfläche angewandten Methoden, die sehr verbreitet ist, ist die
sogenannte Druokkissenmethode. Wie bekannt, wird bei dieser Methode im Felsen eine Ausnehmung von begrenzter
Länge und bestimmter Tiefe erzeugt, in den Druckkissen aus Metall eingesetzt werden. Die Druckkissen sind mit
Druoköl gefüllt und übertragen einen gleichmäßigen Druck auf den Felsen, der so groß ist, d&ß die durch die
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Ausnehmung im Felsen entstandenen Verformungen aufgehoben werden. Dieser Druck ist der parallel zur Ebene d«r Ausnehmung
wirksamen normalspannung gleich«
Bei der Druckkissenmethode wird die quadratische oäer rechteckige Ausnehmung durch eine Reihe nebeneinander
eingebrachter und .einander überlappender Bohrungen von beispielsweise 5 cm Durchmesser hergestellt.
Bei dem von der Anmelderin entwickelten, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbaren Verfahren
erhält die Ausnehmung die Form eines Kreissegments und wird mittels einer Schneidscheibe hergestellt. Die Ausnehmung
ist ein Schlitz mit folgenden Vorteilens
1. Die Störung des Geländes ist geringfügig,
2. der Schlitz weist, eine gut definierte Form und eine sehr kfeine Breite von z.B. 5 mm auf,
5. die Dauer des S chneide Vorganges ist erheblich.
Was die Störung des Geländes betrifft ist es offensichtlich, daß das Interesse an ihrer Verringerung sehr
groß ist, da sie den zu bestimmenden Spannung β zustand stark beeinflussen kann, hauptsächlich, weil es sich um
eine Oberflächenzone des Geländes oder Gebirges handelt, die schon durch das Einbringen der Stollen, wo die Versuche
in der Hegel durchgeführt werden, gestört wurde.
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Je geringer die Breite der Ausnehmung ist, mit desto größerer Annäherung gilt die Hypothese, die der Druckkissenmethode
zugrunde liegt, nach der die «AaeWirkungen
des Einarbeitens einer Ausnehmung durch das Aufbringen einer Normalspannung auf die Breitseiten der Ausnehmung
ausgeglichen werden können, wobei die Wirkungen der Spannungen in der zu den Breitseiten senkrechten Fläche
vernachlässigt werden können, weil diese eine sehr kleine Breite hat. Die Ebenheit der Flächen des durch die
Schneidscheibe erhaltenen Schlitzes ermöglicht es, die Drücke, die die Verformungen aufheben, unmittelbar mittels
Metallkissen aufzubringen, die sich ohne eine Zwischenschicht aus Mörtel oder anderen Füllungsmaterialien
an die Wände des Schlitzes anschmiegen. Dies gewährleistet eine Spannungsübertragung unter besseren Bedingungen
als bei bisher angewandten Verfahren. Außerdem ist es nicht nötig, das Erhärten des Füllungsmaterials
abzuwarten. Die Druckkissen, die bei diesem neuen Verfahren angewandt werden, sind außerdem wiederverwendbar
und ihre Herstellung ist, wegen der kleinen nötigen Dicke, auch für sehr hohe Drücke sehr einfach· Durch das
von der Anmelderin entwickelte Verfahren werden die^ersuche viel schneller und wirtschaftlicher.
Dieses Verfahren hat auch den Vorteil, daß es für die Spannungsbestimmung bei verschiedenen Tiefen des
Schlitzes gut geeignet ist, da es nur nötig ist, die Schneidarbeit zu unterbrechen und den Versuch mit
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Druckkissen, deren Größe der beim Schneiden erreichten
Tiefe entspricht, durchzuführen. Hierfür ist zweckmäßigerweise ein Satz leicht zu transportierende Kissen
gleicher Form vorgesehen, "bei denen nur die Pfeilhöhe unterschiedlich ist. Dieses Verfahren ermöglicht Spannungszustandänderungen
in der Nähe der Oberfläche des Geländes festzustellen. Unter vereinfachenden Annahmen
über das Verhalten des Geländes, hauptsächlich bei äer
Untersuchung von Felsmassiven ermöglicht die Kenntnis des Gesetzes, nach dem die Verformungen in Abhängigkeit ™
von der Schiitstiefe verlaufen, die Bestimmung des Elastizitätsmoduls des Medimas, was den Versuch wesentlich
wertvoller macht.
Die insbesondere sur Durehführung dieses neuan
Verfahrens vorgesehene erfindungsg©MäS@ Einrichtung
umfaßt eine Schneidvorrichtung unä Druckkissen«,
Di© Erfindung wird im folgenden anhasiä schamati«=· |
scher Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert«.
Abb. 1 zeigt eine Schneidvorrichtung in
Ansichten und
Abb«. 2 s©igt ein Druckkissen«,
Das abgebildete Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung umfaßt eine Schneidscheibe
1 von entsprechendem Durchmesser mit diamant— besetztem Rand. Die Vorschubbewegung der Scheibe wird
von Hand erzeugt; hierfür sind Griffe 2 vorgesehen und die Scheibe ist auf vier Säulen 3 geführt. TJm den
Schneidvorschub zu erleichtern, ist ein Hebel 4 vorgesehen) der auch eine hin- und hergehende Verschiebung
der Scheibe in ihrer eigenen Ebene quer zur Verschub-
" richtung ermöglicht. Die Scheibe kann durch einen Elektro-,
Druckluft- oder anderen Motor angetrieben werden und für die Bewegungsübertragung ist eine Kupplung mit
einer Gleitverbindung 5 und zwei Kardan-Verbindungen 6
vorgesehen, die die Bewegungen der Scheibe ermöglicht und die Aufstellung der Sohneidvorrichtung und des
Motors vereinfacht. Die Schneidvorrichtung kann an der Fläche, in die der Schlitz eingeschnitten werden soll,
mit Steinsohrauben 7 verankert werden. Sine Metallhaube schützt den Bedienungemann vor Spritzern des zum Kühlen
des Schneidrandes der Scheibe unentbehrlichen Wassers.
Die in ihrer geometrischen Form einander ähnlichen Druckkissen 11 sind gemäß Flg. 2 auf einfache Weise
durch Biegen einer Stahlplatte von geringer Dicke und Verschweissen des gebogenen Bandes hergestellt. In die
auf diese Weise gebildete Kammer wird eine Flüssigkeit (öl, Wasser oder dgl.) unter Brück eingeleitet. Die
Dioke der Kissen ist etwa der Brreita da» mit der Scheibe
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eingeschnittenen Schlitzes gleich. Mit dem Nippel 12
für die Zufuhr der unter Druck stehenden flüssigkeit ist eine Schutzplatte 13 verbunden, die Unfälle verhüten
soll, wenn die Druckflüssigkeit im Falle eines Kissen-Bruches in einem Strahl, austritt. Wie erwähnt, sind die
Kissen ohne irgendeine Schwierigkeit wiederverwendbar.
Die Durchführung eines Versuchs zur Bestimmung einer Spannung, d.h. die Aufstellung der Schneidmaschine9 das
Schneiden eines Schlitzes, das Anordnen der Kissen und die Bestimmung des Ausgleichsdrucks dauert, auch für ein
Gestein von beträchtlicher Härte, etwa zwei Stunden.
Patentansprüche 5648
1 O 9 8 1 6 / O k H
Claims (6)
1. ] Verfahren zur Bestimmung von Spannungen in Bodenformationen,
"bei dem in dem Boden, Gebirge od. dgl. eine Ausnehmung erzeugt und auf deren Seitenwände mittels eines
Druckkissens od. dgd. ein Druck aufgebracht wird, der die infolge der Ausnehmung in der Bodenformation aufgetretenen
Verformungen wieder aufhebt und dieser Druck gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausnehmung
einen kreissegmentförmigen Schlitz von geringer Breite in den Boden oder das Gebirge einschneidet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge k e η η zeichnet
, daß man das oder die Druckkissen (11) unmittelbar auf die Seitenwände des Schlitzes einwirken
läßt.
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man das Einschneiden bei
verschiedenen Tiefen des Schlitzes unterbricht und bei diesen Tiefen jeweils die freigewordenen Spannungen mißt.
/2
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4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet
durch eine vorzugsweise diamantbesetzte umlaufende Schneidscheibe (1), die für ihre Vorschubbewegung
im rechten Winkel zur freiliegenden Fläche des Bodens oder Gebirges verschiebbar geführt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß zur Führung der Schneidscheibe
(1) in Vorschubrichtung am Boden oder Gebirge verankerbare Pührungssäulen (3) vorgesehen sind, auf
denen an der Lagerung der Schneidscheibe ausgebildete Büchsen glei ten.
6. Vorrichtung nach Anspm ch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Schneidscheibe (1)
während des Schneidens in ihrer Ebene quer zur Vorschubrichtung hin- und herbewegbar ist.
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