Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Design consideration of large caverns by using advanced drilling equipment
Während mit älteren Bohrausrüstungen 7,5 m Höhe pro Ausbruchschritt erreicht werden kann, können neuere 9 bis 10 m erreichen. Beim und nach dem Ausbruch von Kavernen können unterschiedliche Brucherscheinungen eintreten. Typisch im Fels sind schwerkraftbedingte Ablösungen. Die Auswirkungen des Ausbruchs großer Kavernen mit größeren Ausbruchhöhen ohne Stützmaßnahmen auf diese schwerkraftbedingten Ablösungen werden mithilfe, zweier Bemessungswerkzeuge untersucht, und zwar Diskrete Fracture Network (DFN) - Distinct Element Method (DEM) sowie kinematische Gleichgewichtsbetrachtungen untersucht. Die Ergebnisse der kinematischen Gleichgewichtsbetrachtungen zeigen für Gebirge mit niedrigem Spannungsniveau oder unbegrenzten Kluftlängen bei einer Vergrößerung der Höhe der Ausbruchflächen eine Zunahme des Volumens der instabilen Blöcke, unter Berücksichtigung einer Spannungs- und Kluftlängenlimitierung treten dagegen keine negativen Effekte im ersten Ausbruchschritt ein. Im zweiten Ausbruchschritt kommt es zu einer geringen Vergrößerung der potentiell instabilen Blöcke. DFN-DEM Berechnungen zeigen, dass die meisten der instabilen Blöcke kleiner als 1 m3 sind. Die Resultate der DFN-DEM Berechnungen deuten darauf hin, dass im ersten Ausbruchschritt der Unterschied zwischen fortschrittlichen und herkömmlichen Bohrgeräten unbedeutend ist. Für den zweiten Ausbruchschritt erhöht sich das Volumen der instabilen Blöcke gering. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kluftlänge und der Spannungszustand einen großen Einfluss auf die Blockstabilität haben. Vergleiche zwischen kinematischen Gleichgewichtsbetrachtungen (mit begrenzter Kluftlänge und Berücksichtigung der Spannungsverhältnisse) und DFN-DEM Berechnungen zeigen, dass mittels kinematischen Gleichgewichts ein größeres Blockvolumen vorausberechnet wird. Von praktischer Seite kann unter Berücksichtigung von Stützmitteln und Sprengeinwirkungen ein Unterschied zwischen den Ausbruchweisen ausgeschlossen werden.
Older drilling equipment gives opportunity to excavate large caverns with maximum height of 7.5 m, while the advanced drilling equipment can excavate large caverns 9 to 10 m in each stage. Different failure modes may happen during and after excavation of caverns, and gravity failure is a common one in jointed hard rocks. The effects of excavating large caverns with higher excavation heights on the gravity failure driven in jointed hard rock have been analysed by two design tools of Discrete Fracture Network (DFN) - Distinct Element Method (DEM) and kinematics-limit equilibrium analysis in the absence of rock support. The results of kinematics-limit equilibrium analyses show in low stress media or the cases with unlimited joint length, increasing the height of staging increases the volume of potential unstable blocks, while by considering the stress and joint length limitation, there isn't any negative effects in first stage of excavation. In the second stage of excavation there is little increase in total potential unstable blocks. DFN-DEM analyses show that most of failed blocks have the volume less than 1 m3. The results of DFN-DEM indicate that for the first stage there isn't significant difference between using advanced and usual drilling equipment. For second stage the potential unstable block volume increases only slightly. The results of analyses show that joint length and stresses evaluation has great impact on the block stability prediction. Comparison between results of kinematics-limit equilibrium analysis (for limited joint length and considering stress condition) and DFN-DEM analyses shows that kinematics-limit equilibrium predicts higher volume of blocks. From the practical point of view, considering the rock support and blasting effects there is no significant difference between two excavation methods.
Design consideration of large caverns by using advanced drilling equipment
Während mit älteren Bohrausrüstungen 7,5 m Höhe pro Ausbruchschritt erreicht werden kann, können neuere 9 bis 10 m erreichen. Beim und nach dem Ausbruch von Kavernen können unterschiedliche Brucherscheinungen eintreten. Typisch im Fels sind schwerkraftbedingte Ablösungen. Die Auswirkungen des Ausbruchs großer Kavernen mit größeren Ausbruchhöhen ohne Stützmaßnahmen auf diese schwerkraftbedingten Ablösungen werden mithilfe, zweier Bemessungswerkzeuge untersucht, und zwar Diskrete Fracture Network (DFN) - Distinct Element Method (DEM) sowie kinematische Gleichgewichtsbetrachtungen untersucht. Die Ergebnisse der kinematischen Gleichgewichtsbetrachtungen zeigen für Gebirge mit niedrigem Spannungsniveau oder unbegrenzten Kluftlängen bei einer Vergrößerung der Höhe der Ausbruchflächen eine Zunahme des Volumens der instabilen Blöcke, unter Berücksichtigung einer Spannungs- und Kluftlängenlimitierung treten dagegen keine negativen Effekte im ersten Ausbruchschritt ein. Im zweiten Ausbruchschritt kommt es zu einer geringen Vergrößerung der potentiell instabilen Blöcke. DFN-DEM Berechnungen zeigen, dass die meisten der instabilen Blöcke kleiner als 1 m3 sind. Die Resultate der DFN-DEM Berechnungen deuten darauf hin, dass im ersten Ausbruchschritt der Unterschied zwischen fortschrittlichen und herkömmlichen Bohrgeräten unbedeutend ist. Für den zweiten Ausbruchschritt erhöht sich das Volumen der instabilen Blöcke gering. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kluftlänge und der Spannungszustand einen großen Einfluss auf die Blockstabilität haben. Vergleiche zwischen kinematischen Gleichgewichtsbetrachtungen (mit begrenzter Kluftlänge und Berücksichtigung der Spannungsverhältnisse) und DFN-DEM Berechnungen zeigen, dass mittels kinematischen Gleichgewichts ein größeres Blockvolumen vorausberechnet wird. Von praktischer Seite kann unter Berücksichtigung von Stützmitteln und Sprengeinwirkungen ein Unterschied zwischen den Ausbruchweisen ausgeschlossen werden.
Older drilling equipment gives opportunity to excavate large caverns with maximum height of 7.5 m, while the advanced drilling equipment can excavate large caverns 9 to 10 m in each stage. Different failure modes may happen during and after excavation of caverns, and gravity failure is a common one in jointed hard rocks. The effects of excavating large caverns with higher excavation heights on the gravity failure driven in jointed hard rock have been analysed by two design tools of Discrete Fracture Network (DFN) - Distinct Element Method (DEM) and kinematics-limit equilibrium analysis in the absence of rock support. The results of kinematics-limit equilibrium analyses show in low stress media or the cases with unlimited joint length, increasing the height of staging increases the volume of potential unstable blocks, while by considering the stress and joint length limitation, there isn't any negative effects in first stage of excavation. In the second stage of excavation there is little increase in total potential unstable blocks. DFN-DEM analyses show that most of failed blocks have the volume less than 1 m3. The results of DFN-DEM indicate that for the first stage there isn't significant difference between using advanced and usual drilling equipment. For second stage the potential unstable block volume increases only slightly. The results of analyses show that joint length and stresses evaluation has great impact on the block stability prediction. Comparison between results of kinematics-limit equilibrium analysis (for limited joint length and considering stress condition) and DFN-DEM analyses shows that kinematics-limit equilibrium predicts higher volume of blocks. From the practical point of view, considering the rock support and blasting effects there is no significant difference between two excavation methods.
Design consideration of large caverns by using advanced drilling equipment
Entwurfsgrundsätze für große Kavernen bei Einsatz moderner Bohrausrüstungen
Nord, Gunnar (Autor:in) / Bagheri, Mehdi (Autor:in) / Baghbanan, Alireza (Autor:in) / Stille, Hakan (Autor:in)
2007
6 Seiten, 9 Bilder, 4 Tabellen, 15 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Englisch
Bemessung , Kaverne , unterirdische Anlage , Tunnelbau , Querschnitt , Berechnung , Berechnungsmethode , numerisches Verfahren , Spannungsberechnung , mechanische Spannung , Gebirge , Standfestigkeit , Stabilität , Ausbau (Bergbau) , Tunnelausbau , Tunnelvortrieb , kinematische Analyse , Gleichgewicht , Modellmethode , Versagen , Bruch (Material)
Optimum design of large caverns
| British Library Conference Proceedings | 1995
Design approaches for large underground caverns
| British Library Conference Proceedings | 1997
Elsevier | 1986
Elsevier | 1987