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5 Kinematik
5.1 Bruchkörperform
5.1.1 Abgrenzung
In der Bodenmechanik muss der kritische Bruchkörper durch verschiedene Annahmen bezüglich der Lage und Form der Bruchfläche bei gegebenem Verlauf der Bodenoberfläche ermittelt werden. Ausgehend von einer als zutreffend erachteten Form der Bruchfläche variiert man
ihre Lage, bis der ungünstigste Fall vorliegt. Übliche Annahmen für die Form sind im ebenen
Fall Geraden, Kreise oder logarithmische Spiralen.
In der Felsmechanik ergibt sich die Form eines potentiellen Bruchkörpers aus der angenommenen Lage und Form der Kontaktfläche bei bekanntem Verlauf der Felsoberfläche
[5.8][5.9]. Das Flächengefüge, das lokal die Zug- und Scherfestigkeit des Gesteinsverbandes
mindert, bestimmt hierbei entscheidend die Form der Grenzfläche zwischen Bruchkörper und
Untergrund [5.10]. Unter der Wirkung der angreifenden Kräfte kommt es zu einem fortschreitenden Zusammenschluss von vorhandenen Fehlstellen und neu entstehenden Bruchflächen,
bis sich ein Felsvolumen vom Untergrund löst. Die ungünstigste Position der Kontaktfläche
resultiert aus der Variation ihrer Lage [5.11].
Gemäss Kapitel 4.4.3 wird davon ausgegangen, dass die Gestaltänderung des betrachteten
Felskörpers vernachlässigt werden darf.
Bruchflächen im Bereich zwischen Kontaktund Felsoberfläche – sog. „innere Bruchflächen“ – sind damit nicht zulässig * . Demzufolge werden aus Teilkörpern zusammengesetzte
Bruchkörper ähnlich jenem in Abbildung 5.2
aus unseren Überlegungen ausgeschlossen.
Selbstverständlich kann man die Teilkörper
als Gruppe von Starrkörpern mit lokal berührenden Kontaktflächen auffassen. Überlegungen zur Stabilität sind dann für jeden potentiellen Bruchkörper getrennt zu führen.
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Abb. 5.2
Innere Bruchflächen unterteilen den
Bruchkörper in drei Teilkörper. Die
Stabilitätsuntersuchung einer solchen Starrkörpergruppe hat für jeden Felskörper separat zu erfolgen.
Die Form der Kontaktfläche hängt ab vom Zerlegungsgrad des Felsens: Im wenig zerlegten
Fels geben die Trennflächen, im stark zerlegten Fels die Gesteinsbruchstücke den Verlauf der
Kontaktfläche vor † . Im intakten Fels reduziert sich die Frage der Abgrenzung auf die zutreffende Einschätzung des Flächengefüges [5.14][5.15]. Sie besteht darin, dass man die Trennflächen pro Homogenbereich nach Anzahl, Lage und Raumstellung ordnet und einzeln resp.
in Kombination unter Berücksichtigung der Halbräume und Bereichsgrenzen untersucht. Um
alle Informationen über die Raumstellung der Gefügeelemente miteinzubeziehen, wird zunächst angenommen, dass die Trennflächen eben und von unbegrenzter Kontinuität sind. Ob
eine solche Vereinfachung sinnvoll ist, wird später geprüft (Kap. 5.2). Die wahrscheinlichsten
*
„It is also assumed that no fractures develop within the solid mass. ... This hypothesis is optimistic, for any fracture
developement within the body would influence the safety of the design. If such a possibility appears to be realistic, it
should be investigated independently through definition of a new rock tetrahedron“ [5.12].
†
Der fliessende Übergang vom Fels zum Boden hat vielerlei Auswirkungen, wie z.B.: „With exceptionally close spacing
the orientation is of little consequence as failure may occur through rotation or rolling of the small pieces“ [5.13]. Wir
verzichten auf eine Untersuchung dieses Sonderfalls, da solche Verhältnisse unter der Aufstandsfläche eher selten sind.