DE1634452A1

DE1634452A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Spannungen in Bodenformationen

Info

Publication number: DE1634452A1
Application number: DE19671634452
Authority: DE
Inventors: Lpes Joao Jose Andrad Baptista; Rocha Manuel Coelho Mendes Da; Silva Jorge Neves Da
Original assignee: NAC DE ENGENHARIA CIVIL LAB
Current assignee: NAC DE ENGENHARIA CIVIL LAB
Priority date: 1966-09-29
Filing date: 1967-09-28
Publication date: 1971-04-15
Also published as: ES345497A1; US3595071A; SE331918B; GB1205785A

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 ^eimen_t 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

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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

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Claims

22 06 51 PBOHOTPiTiST 1R3U.S? 1A-33 742 Patentansprüche

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.

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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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