Original paper

Über das geomechanische Verhalten von Steinsalz bei erhöhten Temperaturen

[Aspects of the Geomechanical Behavior of Rock Salt at Elevated Temperatures]

Diekmann, Norbert; Hunsche, Udo; Meister, Dieter

Kurzfassung

Für die Dimensionierung und die Standsicherheitsanalyse des im Salzstock Gorleben geplanten Endlagers für radioaktive wärmeproduzierende Abfallstoffe ist die Kenntnis der thermomechanischen Eigenschaften des Steinsalzes wichtig. Vorgestellt werden neue, in der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) ermittelte Versuchsergebnisse über das Kriech- und Festigkeitsverhalten von Steinsalz, insbesondere bei erhöhten Temperaturen: Für überschlägige Berechnungen ist im Mittel das bereits früher entwickelte Kriechgesetz anwendbar. Versuchsreihen an Proben unterschiedlicher Bereiche des Salzstocks weichen jedoch um einen Faktor von über 10 hiervon ab. Für genaue Modellrechnungen muß ein Gesetz mit einer temperatur-abhängigen effektiven Aktivierungsenergie verwendet werden, die durch einen etwa bei 100 °C liegenden Wechsel im dominierenden Deformationsmechanismus verursacht wird. Weiterhin werden die Ergebnisse von Entlastungs- und Temperversuchen vorgestellt, die zur Untersuchung der Erholung, der inneren Spannung und des Übergangskriechens durchgeführt wurden. Kompressionsversuche zum Festigkeitsverhalten an Zylinderproben bei Temperaturen von 60 bis 180 °C mit verschiedenen Verformungsraten und Manteldrücken zeigen folgende Resultate: Die Festigkeit nimmt mit dem hydrostatischen Druck zu und mit der Temperatur ab, und zwar zwischen 60 und 180 °C um ca. 40 %. Die petrographische Ausbildung hat bei den vorliegenden Versuchen keinen Einfluß auf die Festigkeit. Hingegen ist bis 60 °C eine Abhängigkeit von der Verformungsrate vorhanden. Angegeben wird ein vorläufiges Kriterium für die Bruchfestigkeit bei Kompressionsversuchen. Bestätigt werden diese Ergebnisse durch Festigkeitsversuche an Würfelproben.

Abstract

A knowledge of the thermomechanical properties of rock salt is important for the dimensioning and safety analysis of the permanent repository for heat-producing, radioactive wastes in the Gorleben salt dome. Recent creep and strength tests in the Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR), especially at elevated temperatures, have yielded the following results: The previously developed creep law can be used for approximate calculations. Tests on samples from different parts of the dome, however, yield values that differ from this law by more than a factor of ten. For more exact model calculations, a creep law must be used that includes a temperature-dependent, effective activation energy, which is caused by a change in the dominant deformation mechanism at about 100 °C. Unloading and tempering tests were also carried out to study relaxation, internal stress, and transient creep. To study strength, compression tests on cylindrical samples were carried out at 60--180 °C with varying deformation rates and confining pressures: The strength increases continually with increasing hydrostatic pressure and decreases with increasing temperature: about 40 % between 60 and 180 °C. The petrographic properties showed no influence on strength in these tests. However, up to 60 °C there was a correlation with deformation rate. A provisional criterium for failure strength in compression tests is given. These results have been confirmed by strength tests on cubic samples.

Keywords

Experimental studiesrock salttemperaturehydrostatic pressurecreepcompressionfracture strengthstrengththermomechanical propertiessalt domesradioactive waste disposals Northwest German Lowlands (Gorleben)Lower Saxony TK 25: Nr. 2934