Übungen - TU Bergakademie Freiberg

Institut für Geotechnik
Lehrgebiet Ingenieurgeologie
Lehrmaterial
Ingenieurgeologische Übungen II
0.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.1
9.2
10.
11.
12./13.
Flächendarstellung mit dem SCHMIDT´schen Netz
Versagensmechanismen in Böschungen - Teil I
Versagensmechanismen in Böschungen - Teil II
Grundlagen des Wasserdruckversuches (WD-Test)
Praktische Durchführung eines WD-Tests (Praktische Übung)
Felsinjektion
Injektionsversuche am Spaltplattenmodell (Praktische Übung)
Baugrundbedingte Schäden historischer Bauwerke
Frostverhalten von Locker- und Festgesteinen
Verdichtungskontrolle im Erd- und Straßenbau
Lockergesteine in der Umwelttechnik
Stollenkartierung
Talsperrenbau I
Talsperrenbau II (Doppelübung)
Betreuer:
Dipl.-Geol. D. Tondera
Die Übungen gliedern sich in einen theoretischen und einen anwendungsbezogenen Teil. Die
Aufgaben erhalten Sie unter www.ifgt.tu-freiberg.de (Lehre & Studium, Studienunterlagen,
Ingenieurgeologie I) und sollen zu Beginn der jeweils nachfolgenden Übung für eine Bewertung
abgegeben werden. Die Bewertung von mind. 3 Übungsbelegen wird in einer Übungsnote
zusammengefasst.
Weiterhin erhält man nur bei regelmäßiger Teilnahme einen Leistungsnachweis.
Am Ende des Semesters wird eine Stollenkartierung (Tunnelkartierung) Untertage im Lehr- und
Forschungsbergwerk „Reichen Zeche“ durchgeführt.
Bitte bringen Sie die unter den jeweiligen Überschriften angegebenen
Unterlagen zu den Übungen mit!
TU Bergakademie Freiberg ·Institut für Geotechnik, Gustav-Zeuner-Straße 1, 09599 Freiberg, Telefon: 03731 39-2521 Fax: 03731 393501 http://tu-freiberg.de
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
0.
Übungsaufgabe
Flächendarstellungen auf dem SCHMIDT´schen Netz
(für Spezialtiefbauer)
a) Geben Sie die jeweils andere Schreibweise an!
Geologische Schreibweise
Gefügeschreibweise
170/10 SW
035/44 NW
257/69
035/44
b) In zwei verschiedenen Aufschlüssen wurden nachfolgend genannte Messwerte für die
anstehenden Haupttrennflächen ermittelt. Zeichnen Sie die Großkreise und Polpunkte in das
SCHMIDT´sche Netz ein! Stellen Sie dabei möglichst jeden Messwert andersfarbig dar und
nutzen Sie für jeden Aufschluss ein separates Transparentpapier.
Aufschluss 1
Aufschluss 2
Sf = 018/05
Ss = 155/14
St = 330/55
K1 = 220/40
K1 = 156/90
K2 = 285/80
Ingenieurgeologie II
Übung 0
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
0.
Übungsaufgabe
Flächendarstellungen auf dem SCHMIDT´schen Netz
(für Spezialtiefbauer)
a) Geben Sie die jeweils andere Schreibweise für die nachfolgend genannten Messwerte an!
b) Zeichnen Sie die Großkreise und Polpunkte in das SCHMIDT´sche Netz ein! Stellen Sie dabei
möglichst jeden Messwert andersfarbig dar und nutzen Sie für jeden Aufschluss ein separates
Transparentpapier.
Geologische Schreibweise
SS
Aufschluss 1
85/23 SE
K1
K2
089/88
035/56 NW
K1
Aufschluss 2
K2
147/69
000/13 W
035/56
St
Ingenieurgeologie II
Gefügeschreibweise
Übung 0
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
1.
Versagensmechanismen in Böschungen - Teil I
1.1
Im Rahmen von Straßenbaumaßnahmen sind Einschnitte im geklüfteten Fels notwendig, der
in zwei Bereichen der geplanten Trasse ansteht. Ein Blockbild (Abb. 1.1) gibt einen Überblick über die
geologischen Verhältnisse im Planungsgebiet. Anstehend sind gefaltete paläozoische Sedimentgesteine. Das Trennflächengefüge setzt sich aus Schichtung (ss), einer bc- und einer ac-Klüftung
zusammen (siehe Abb. 1.3).
Abbildung 1.2 gibt ein Profil entlang der Trasse von Station I bis II und einen Lageplan wieder. In dem
Lageplan eingezeichnet sind vier Darstellungen von Kluftmessungen im SCHMIDT’schen Netz, die im
Rahmen der Feldarbeit für jeden Einschnittbereich erstellt wurden.
Entscheiden Sie für jeden Straßeneinschnitt (A bis D), welcher Versagensmechanismus auf welcher/n
Trennfläche(n) vorliegt und geben Sie eine kurze Begründung an!
Abb. 1.1:
Darstellung der Situation als Blockbild
Ingenieurgeologie II
Übung 1
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Abb. 1.2:
Übungsaufgaben
Lageplan und geologisches Profil entlang der Trasse von Station I bis II
Ingenieurgeologie II
Übung 1
Seite 2
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
c
a
b
a
Abb. 1.3: Richtungen der gefügeformenden Hauptbewegung und Kluftnomenklatur am Beispiel der
CLOOS’schen Falte im Ahrtal (CLOOS, 1950, ergänzt)
Ingenieurgeologie II
Übung 1
Seite 3
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
1.2
Felduntersuchungen an einer Bahnböschung ergaben folgende Parameter (Abb. 1.4):
D/L
=
0,6
ss
=
135/30
bc
=
315/60
ac
=
225/90
Laboruntersuchungen ergänzten diese Daten durch
ϕ
=
40°
c
=
0 kN/m2
Die Böschung streicht NE-SW und fällt nach SE 50° ein.
Abb. 1.4:
Standsicherheitsuntersuchung an einer Bahnböschung
1. Tragen Sie die Gefügedaten und die Orientierung der Böschung in ein SCHMIDTsches Netz ein!
2. Welcher dominante Versagensmechanismus ist laut Ihrer Darstellung möglich und welche
Trennflächen werden dabei mechanisch wirksam? Begründen Sie Ihre Wahl!
3. Wie hoch ist die Standsicherheit der trockenen Böschung?
4. Wie stark sinkt die Standsicherheit ab, wenn voller Kluftwasserdruck berücksichtigt wird?
5. Vergleichen Sie beide Ergebnisse und ziehen Sie Ihre Schlussfolgerungen hinsichtlich der
Rutschungsgefährdung der Böschung! Schlagen Sie ausgehend davon zwei (logische) wirksame
Maßnahmen vor, um die Sicherheit der Böschung dennoch zu gewährleisten (unter den
angegebenen geplanten Verhältnissen)!
Ingenieurgeologie II
Übung 1
Seite 4
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
1.3
Übungsaufgaben
Abbildung 1.5 zeigt eine aus mitteldevonischer Grauwacke (Lenneschiefer) aufgebaute
Felsböschung in SE-Wuppertal. Der auf der Abbildung 1.5 dunkel ausgehaltene Gebirgsbereich
rutschte entlang einer Schichtfuge ab, nachdem der Fußbereich der Böschung durch Straßenbauarbeiten destabilisiert wurde.
Die Raumdaten des Trennflächengefüges betragen:
Für die Orientierung der Böschung gilt:
Abb. 1.5:
ss
298/25
ac
210/87
bc
116/70
bö
300/30.
Felsböschung aus einer mitteldevonischen Grauwacke in SE-Wuppertal
1. Tragen Sie die Gefügedaten und die Orientierung der Böschung in ein SCHMIDTsches Netz ein!
2. Bestimmen Sie den ungefähren Reibungswinkel entlang der Schichtung für die trockene Böschung
(Annahme η = 0,95; D/L kann gerundet werden)!
3. Wie groß war der Reibungswinkel, als voller Kluftwasserdruck gewirkt hat (was tatsächlich der Fall
war); (bei Betrachtung des Einzelkörpers I )!)?
Ingenieurgeologie II
Übung 1
Seite 5
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
1.
Übungsaufgaben
Versagensmechanismen in Böschungen - Teil I
1.1
Im Rahmen einer größeren Baumaßnahme soll im geklüfteten Fels eine Baugrube hergestellt werden.
Abbildung 1.1 gibt einen Überblick über die topographische Situation des Planungsgebietes.
Anstehend sind paläozoische Phyllite. Das Trennflächengefüge ist aus zwei umliegenden natürlichen
Aufschlüssen bekannt und besteht aus einer Schichtung (SS) und zwei weiteren Kluftrichtungen (K1
und K2).
K1
345/55
K2
223/40
SS
118/18
Die Baugrube soll 30 x 30 m groß werden und um 10° von Nord (gegen den Uhrzeigersinn)
verschoben sein mit einem Ansatzpunkt in A. Der Böschungswinkel soll 60° betragen.
Tragen Sie die Kontur der Baugrube in Abbildung 1.1 ein. Stellen Sie das Trennflächengefüge im
SCHMIDTschen Netz dar und zeichnen Sie die einzelnen Böschungen ein. Entscheiden Sie dann für
jeden Böschungsbereich, welcher Versagensmechanismus auf welcher/n Trennfläche(n) vorliegt und
geben Sie eine kurze Begründung an!
N
1.2
Felduntersuchungen an einer Bahnböschung ergaben folgende Parameter (Abb. 1.2):
D/L
=
0,6
ss
=
225/30
bc
=
045/60
Abb.
1.1:
Darstellung der topographischen Situation (M 1: 600)
315/90
=
Ingenieurgeologie II
Übung 1-2
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
1.2
Felduntersuchungen an einer Bahnböschung ergaben folgende Parameter (Abb. 1.2):
D/L
=
0,6
ss
=
225/30
bc
=
045/60
ac
=
315/90
Laboruntersuchungen ergänzten diese Daten durch
ϕ
=
40°
c
=
0 kN/m2
Die Böschung streicht NW-SE und fällt nach SW 50° ein.
Abb. 1.2:
Standsicherheitsuntersuchung an einer Bahnböschung
1. Tragen Sie die Gefügedaten und die Orientierung der Böschung in ein SCHMIDTsches Netz ein!
2. Welcher dominante Versagensmechanismus ist laut Ihrer Darstellung möglich und welche
Trennflächen werden dabei mechanisch wirksam? Begründen Sie Ihre Wahl!
3. Wie hoch ist die Standsicherheit der trockenen Böschung?
4. Wie stark sinkt die Standsicherheit ab, wenn voller Kluftwasserdruck berücksichtigt wird?
5. Vergleichen Sie beide Ergebnisse und ziehen Sie Ihre Schlussfolgerungen hinsichtlich der
Rutschungsgefährdung der Böschung! Schlagen Sie ausgehend davon zwei (logische) wirksame
Maßnahmen vor, um die Sicherheit der Böschung dennoch zu gewährleisten (unter den
angegebenen geplanten Verhältnissen)!
Ingenieurgeologie II
Übung 1-2
Seite 2
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
2.
Übungsaufgaben
Versagensmechanismen in Böschungen - Teil II
2.1
Die Kartierung einer Felsböschung im Wurmtal (Aachen) ergab folgendes Trennflächengefüge:
Die Orientierung der Böschung ist:
ss
153/52
ac
265/63
bc
48/58
bö
180/50
Die Dichte des Gesteins ergab sich zu 2,7 g/cm3.
1.
Tragen Sie die Großkreise der Gefügedaten und die Orientierung der Böschung in das
SCHMIDTsche Netz ein!
2.
Erläutern Sie nach dem Verfahren von HOCKING, ob tatsächlich räumliches Gleiten vorliegt!
3.
Wie groß ist die Standsicherheit, wenn der Kluftwasserdruck vernachlässigt wird? Für die Reibungswinkel entlang der Trennflächen gilt:
ϕss
=
30°
ϕac
=
37°
ϕbc
=
40°
4.
Berechnen Sie die Standsicherheit der Böschung bei voller Berücksichtigung des Kluftwasserdruckes!
5.
Vergleichen Sie beide Werte und ziehen die Schlussfolgerungen hinsichtlich der Standsicherheit der Böschung! Geben Sie daraufhin formale Empfehlungen für den Umgang mit der Böschung an!
Ingenieurgeologie II
Übung 2
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
2.2
Eine Baugrube im Festgestein wird schichtparallel 3,20 Meter tief ausgeschachtet (Abb. 2.1). Die geologische Vorerkundung ergab eine mittlere Schichtdicke von 0,50 m und einen mittleren bankrechten
Kluftabstand von 2,0 m. Die Schichten fallen im Baugrubenbereich 50° ein.
1. Wie standsicher ist die Baugrubenwand bei vollem Kluftwasserdruck und vollkommener Durchtrennung der Bankungsfugen (γg/γw = 2,5; ⇒ Abb. 2.4 Text)?
2. Wenn die Standsicherheit nicht gegeben ist, nennen Sie die Form des Bruches!,
3. Welche geometrische Bedingung muss zusätzlich erfüllt sein, damit der angegebene Versagensmechanismus überhaupt auftreten kann (siehe Skizze)? Überprüfen Sie Ihre Überlegung rechnerisch!
Abb. 2.1:
Ingenieurgeologie II
Geplante Baugrube im Festgestein
Übung 2
Seite 2
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
3.
Grundlagen des Wasserdruckversuches (WD-Versuch)
1.
a) Nennen Sie drei mögliche Fehlerquellen (auch erläutern, was sie bewirken), die bei der
Durchführung des WD-Tests auftreten können und führen Sie Maßnahmen an, um diese
so gering wie möglich zu halten (1 Maßnahme pro Fehler)!
b) Weshalb ist es nicht so ohne weiteres möglich, einen Durchlässigkeitsbeiwert aus den Ergebnissen des WD-Tests abzuleiten bzw. zu korrelieren?
c) Bei der Auswertung der WD-Tests im Q/p-Diagramm ergeben sich Kurven, die bei ansteigendem Druck geringere Durchflussmengen als bei abnehmendem Druck aufweisen.
Welche Durchflussmengen sind zur Beurteilung des Gebirges in seinem natürlichen Zustand (bei definiertem Druck für die Bewertung der Injektionswürdigkeit) relevant (siehe
auch Aufgabe 2)? Begründen Sie!
Ingenieurgeologie II
Übung 3
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
2.
Mit Hilfe einer Kernbohrung (d = 100 mm) wurde die dargestellte geologische Situation erkundet. Für die einzelnen Schichten wurden im folgenden Wasserdurchlässigkeitsversuche
durchgeführt. Die Abpressung erfolgte jeweils in 4 Druckstufen nach folgendem Schema
A - B - C - D - C - B - A (mit A = 1,0 bar, B = 2,5 bar, C = 3,5 bar, D = 5,0 bar). Die Gesamtzeit einer Messung betrug 15 min.
KB d = 100
132,16 m NN
Tonstein (klüftig)
Q in
l/min
A
0,5
B
1,8
C
2,9
D
3,9
C
3,4
B
2,5
A
2,1
A
0,05
B
0,10
C
0,6
D
1,9
C
0,7
B
0,2
A
0,08
A
1,6
B
2,8
C
4,8
D
11,4
C
5,2
B
3,2
A
1,9
A
1,2
B
3,8
C
5,7
A
0,0
B
0,02
C
0,02
130,28 m NN
Tonstein
Q in
l/min
128,79 m NN
Sandstein
Q in
l/min
126,54 m NN
Muschelkalk
D
C
B
A
8,67,8
5,6
3,4
14,7
*
*nach 8 min starke Steigerung mit leichtem Druckverlust
Q in
l/min
123,78 m NN
Tonstein
119,84 m NN
Q in
l/min
D
0,03
C
0,02
B
0,01
A
0,0
Zeichnen Sie die WD-Versuchsdiagramme [p = f (Q)] für jede einzelne Schicht (alle Diagramme gleicher Maßstab, 1 Diagramm pro Kurve!) und leiten Sie daraus die Festigkeitseigenschaften und den Fugenzustand für das jeweilige Gestein ab! Berechnen Sie die Durchflussmengen pro Bohrmeter bei 3 bar und charakterisieren Sie die Schichten hinsichtlich ihrer Injektionswürdigkeit (Injektionskriterium nach JÄHDE/Gebirge)!
Ingenieurgeologie II
Übung 3
Seite 2
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
(für alle Studienrichtungen)
4.
Praktische Durchführung eines WD-Tests
Auf dem Hof des Institutes für Geotechnik wird in einem Bohrloch (d = 86 mm) ein WD-Versuch mit
der WD-Anlage des Lehrstuhls für Ingenieurgeologie vorgenommen. Das Bohrloch hat eine Tiefe
von 27,0 m. Es steht im Freiberger Gneis.
Die Abpressung des Wassers erfolgt in unterschiedlichen Tiefenstufen auf einer Strecke von je 1 m
mit Hilfe eines Doppelpackers. Der Druck wird ansteigend und abfallend geregelt. Genaue
Angaben über die einzelnen Parameter (Anzahl und Dauer der Druckstufen) werden Ihnen vor Ort
bekannt gegeben. Im Anschluss an den Versuch werden Ihnen die Ergebnisse für drei
unterschiedliche Tiefenstufen auf Diskette übergeben. Die Dateien enthalten die Parameter Zeit,
Druck, Durchflussmenge sowie Pumpenleistung in Tabellenform und können im Programm
Microsoft Excel ausgewertet werden (*.xls-Dateien).
Die Auswertung soll in folgender Form vorgenommen werden:
1. Zeichnen Sie für jede Tiefenstufe ein WD-Versuchs-Diagramm [Druck in Abhängigkeit von der
Durchflussmenge; p = f (Q)] im jeweils gleichen Maßstab (pro Tiefenstufe ein Blatt)!
• Aus den Tabellen, die Sie erhalten, wählen Sie sich für jede Druckstufe ein repräsentatives
Wertepaar heraus. Dazu suchen Sie sich einen Wert für die Durchflussmenge aus, der ca.
im letzten Drittel der jeweiligen Druckstufe liegt und der bei ungefähr dem geforderten
Druck für die gewünschte Druckstufe liegt (z. B. bei angewählter Druckstufe von 1 bar,
sollte nicht ein Wert von 1,7 bar gewählt werden). Weiterhin sollte dieses Wertepaar kein
Ausreißer (Maximal- oder Minimalwert) sein.
• oder Sie arbeiten mit Mittelwerten für Druck- und Durchflussmenge. Diese sollten Sie aber
auch nur aus dem letzten Drittel der jeweiligen Druckstufe auswählen.
• Zeichnen Sie mit diesen acht Werten pro Tiefenstufe die Q/p-Diagramme, jede im gleichen
Maßstab, um Vergleiche zwischen den einzelnen Kurven ziehen zu können! Die aus den
Tabellen entnommenen oder berechneten Wertepaare, die Sie zur Darstellung der Kurven
gewählt haben, sind zwecks Vergleich mit anzugeben!
Ingenieurgeologie
Übung 4
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
2. Erläutern Sie für jede Tiefenstufe den Prozessverlauf anhand des Diagramms! Nennen Sie
dabei signifikante Werte und führen Sie Ursachen für mögliche über- bzw. unterproportionale
Anstiege an! Vergleichen Sie dazu auch die erreichten Pumpenleistungen!
3. Ordnen Sie die Kurven je einem WD-Versuchs-Diagramm der Tabelle 3.1 „Gebirgsbedingte
Grundtypen nach EWERT“ zu (jede Kurve zu einem anderem Typ) und treffen Sie Aussagen
zu Festigkeit, Fugenzustand und Verhalten der Wasseraufnahmen! Vergleichen Sie
abschließend die drei Diagramme untereinander! Achten Sie dabei auch auf mögliche
Zusammenhänge mit dem Verwitterungsgrad, der Klüftigkeit bzw. der Durchlässigkeit!
Die Aufgabe soll als Gruppenprotokoll abgegeben werden. Die Abgabe ist Pflicht und sollte
spätestens in der übernächsten Übung erfolgen.
Ingenieurgeologie
Übung 4
Seite 2
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
(für alle Studienrichtungen)
5.
Felsinjektion
Unter einem Absperrbauwerk ist ein Verpressschleier von ca. 55 m Tiefe und ca. 820 m Länge geplant.
Vor Beginn der Verpressarbeiten sind Test-Injektionen in 5 Bohrungen (je 30 m tief) mit folgender Mischung durchgeführt worden:
100 kg Zement
3 kg Bentonit
150 kg Wasser
(ρ
(ρ
(ρ
= 2,8 kg/dm³)
= 2,8 kg/dm³)
= 1,0 kg/dm³)
Die Probeinjektionen wurden folgendermaßen durchgeführt:
• Es wurden zunächst 2 Bohrungen (B1 und B2) im Abstand von 6 m niedergebracht
und injiziert. Die mittlere Aufnahmemenge des Gebirges ergab sich mit 240 l Mischung/m und Bohrung.
• Daraufhin wurden auf einer anderen Strecke 3 Bohrungen niedergebracht, wobei
die dritte Bohrung (B3) in halbem Abstand zwischen den beiden äußeren Bohrungen (B1 und B2) niedergebracht wurde. Nach der Injektion ergab sich die mittlere
Aufnahmemenge des Gebirges mit 180 l Mischung/m und Bohrung.
• Schließlich wurden im Rahmen einer dritten Versuchsstrecke 5 Bohrungen niedergebracht, d.h. zwei weitere Bohrungen (B4 und B5) mittig zwischen den drei ersten
Bohrungen, wobei sich eine mittlere Aufnahmemenge pro Bohrung und Bohrmeter
von 40 l Mischung ergab.
Ingenieurgeologie II
Übung 5
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
1. Um was für eine Mischung handelt es sich und welche Anteile reagieren mit dem Gebirge?
2. Berechnen Sie den Wasser/Feststoff-Faktor (W/F) der Mischung!
3. Bestimmen Sie aus den Ergiebigkeiten der Testbohrungen 1-5 den erforderlichen Bohrlochabstand für den Verpressschleier!
Die oben angegebenen Massen für die Mischung (100 kg Zement; 3 kg Bentonit; 150 kg
Wasser) sind als mittlere Aufnahmemenge des Gebirges pro Bohrmeter zu wählen.
Da der Verlauf der Kurve nicht durch weitere Versuche bestimmt werden kann, ist es besser, ihn nicht zu idealisieren, sondern nur anhand der gegebenen Punkte darzustellen.
Maßstab: y-Achse 100 l Mischung/m = 5 cm, x-Achse 1m = 4 cm
4. Bestimmen Sie die Anzahl der Bohrungen und die erforderliche Gesamtbohrmeterzahl!
5. Ermitteln Sie die erforderliche Injektionsmenge M in Litern und rechnen Sie diese in Feststoffmengen mF (siehe Formel) um!
mF =
M
W 1
+
F ρ
6. Wie groß ist das verpressbare Hohlraumvolumen des Gebirges in Prozent?
- Die Größe des entstehenden Injektionskörpers entspricht dem Abstand der Bohrlöcher.
- Für das Gesamtvolumen soll idealisiert ein Quader angenommen werden.
Ingenieurgeologie II
Übung 5
Seite 2
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
(für alle Studienrichtungen)
6.
Injektionsversuche am Spaltplattenmodell
(Praktische Übung)
Bei der Baugrunduntersuchung am Standort eines Absperrbauwerkes wurde eine 12 m tiefe und
ca. 15 m breite Auflockerungszone im anstehenden Festgestein festgestellt. Diese Auflockerungszone
ist gut wasserdurchlässig und muss vor dem Bau des Absperrbauwerkes durch Injektion vergütet werden. Der Abstand der Bohrlöcher für die Injektion soll 0,5 m betragen, der Durchmesser des Bohrloches 10 cm.
Die Baugrunduntersuchung ergab die nachfolgend genannten Gebirgskennwerte. Statistische Auswertungen haben ergeben, dass die meisten Klüfte horizontal verlaufen.
Mittlere Kluftöffnungsweite:
Mittlerer Kluftabstand:
0,30 mm
0,11 m
Durch Versuche am Spaltmodell soll zunächst überprüft werden, mit welchem Wasser-FeststoffFaktor das Injektionsmittel aufbereitet werden muss, damit das Gebirge ökonomisch und sicher abgedichtet werden kann.
Die Eigenschaften und Kenndaten des zu verwendenden Injektionsmittels sind in der Anlage 6.1 enthalten.
Zur Herstellung der Injektionssuspension wird Freiberger Leitungswasser verwendet. Es finden keine
verflüssigenden Zusätze Verwendung und somit auch keine Viskositätsveränderungen der Suspension in Abhängigkeit der fluiden Phase statt. Angaben zum Versuchsablauf (Massen, W/F-Faktor,
Mischzeit, Verpressdruck, Verpressdauer) werden Ihnen vor Ort bekannt gegeben.
1. Berechnen Sie die minimale verpressbare Kluftöffnungsweite für das angegebene Injektionsmittel
(Anlage 6.1 - Kornverteilung) und ziehen Sie Schlussfolgerungen bezüglich des Einsatzes des Injektionsmittels für das obengenannte Problem!
2. Erstellen Sie ein Protokoll, in dem die verschiedenen Versuche, die am Spaltplattenmodell durchgeführt wurden, inklusive der dabei vorherrschenden Randbedingungen, dokumentiert sind. Ermitteln Sie den optimalen Wasser/Feststoff-Faktor für das Injektionsmittel und begründen Sie ihre
Entscheidung!
3. Berechnen Sie die Masse an Feststoff, die durchschnittlich pro Bohrloch verpresst werden muss,
um theoretisch den Injektionserfolg mit einer Sicherheit von 1,2 zu gewährleisten [Sicherheit 1,0 für
r (Injektionsradius) = 0,30 m]! Beachten Sie dabei, dass das Bohrloch selbst bei der Injektion nicht
verschlossen wird!
4. Beschreiben Sie kurz ein optimales Verfahren, mit dem man den Erfolg der Injektionsmaßnahme in
situ nachweisen kann und auf was dabei geachtet werden sollte!
Die Aufgabe soll als Gruppenprotokoll abgegeben werden. Die Abgabe ist Pflicht und sollte
spätestens in der übernächsten Übung erfolgen.
Ingenieurgeologie II
Übung 6
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Anlage 6.1
Eigenschaften und Kenndaten des Injektionsmittels
Firma:
Name:
Bestandteile:
quick-mix
Verfüllbaustoff DM 1.15
Mischprodukt aus gemeinsamer Vermahlung von Zementklinker
und Kalkstein
Trockenprodukt
Dichte:
Schüttdichte:
spezifische Oberfläche:
2,94 g/cm3
ca. 0,91 g/cm3
ca. 6200 cm2/g (nach BLAINE)
Korngrößenverteilung:
Korndurchmesser
[µm]
0,71
0,93
1,23
5,81
17,67
21,97
Siebdurchgang
[%]
5
10
16
50
84
90
Korndurchmesser in mm d
Suspension (20°)
W/F-Faktor
Dichte
[g/cm³]
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
≈ 1,830
≈ 1,750
≈ 1,650
≈ 1,600
≈ 1,530
Ingenieurgeologie II
Druckfestigkeit des Betons
[N/mm²]
nach 7 d
nach 28 d
≈ 27,0
≈ 35,0
≈ 20,0
≈ 25,0
≈ 12,0
≈ 15,0
≈ 8,0
≈ 10,0
≈ 6,0
≈ 8,0
Übung 6
Seite 2
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
(für alle Studienrichtungen)
7.
Baugrundbedingte Schäden historischer Bauwerke
7.1
Die Runneburg in Weissensee
In den dargestellten Abbildungen ist der Lageplan der Runneburg und der Aufbau des Untergrundes
inklusive Gründungssituation (stellvertretend am Turm) dargestellt. Verschiedene Ursachen wirken in
komplexer Weise am Schadensbild der Burg.
a) Ergänzen Sie die nachfolgende Tabelle, in der Schadensursachen angeführt sind, die am Bauwerk
wirken!
b) Wie kann der Prozess der Rutschung durch geeignete konventionelle Sanierungsmaßnahmen unterbunden werden (2 realisierbare Vorschläge)?
Schadensursache
Wirkung
Auswirkung auf Bauwerk
(sichtbare Schäden)
• Mächtige Auffüllungen (z. T. bis
zu 5 m) im Hof der Burg
• Neigung der Schichten > 5 %
nach Südwesten
• Gründungstiefe/-art
• Gipslagen ( ≈ 5 cm) im Keupertonstein im Untergrund
• Einwirken von Niederschlägen
auf Gründungsschicht (Mutterboden ⇒ humoser Ton)
Abb. 7.1:
Runneburg Lageplan
Ingenieurgeologie II
Abb. 7.2:
Übung 7
Gründungssituation am Turm
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
7.2
Die Oberkirche in Bad Frankenhausen
Der Turm der Oberkirche in Bad Frankenhausen weist eine augenfällige Schiefstellung nach Nordosten auf. Er trennt sich dabei deutlich vom Kirchenschiff. Die Ursachen für die Schiefstellung können
wiederum nur in komplexer Weise betrachtet werden.
Die geologische Situation der Umgebung verweist auf leichtlösliche Schichten im Untergrund von Bad
Frankenhausen. Infolge Salzauslaugung kam es zu einer Absenkung von Teilen des Stadtgebietes
und zur Bildung des Frankenhäuser Tales. Die Störungszone trennt den zu untersuchenden Bereich
in die tiefer gelegene Südscholle Bad Frankenhausen und die höher liegende Nordscholle bzw. Kyffhäuserscholle. Durch die Störung werden Subrosionsprozesse aktiviert. Die Geschichte der Stadt Bad
Frankenhausen ist eng mit der Salzproduktion aus Eindampfung solehaltiger Wässer im Bereich der
Kyffhäusersüdrandstörung verbunden. Das Gebiet der Verwerfung ist außerdem gekennzeichnet
durch zahlreiche Erdfälle und damit verbundenen Nebenerscheinungen, wie Kriechvorgängen an höhergelegenen Lockergesteinsmassen.
a) Nennen Sie in Auswertung der geologischen Verhältnisse am Standort und der angegebenen Informationen mindestens vier mögliche Schadensursachen, die die Schiefstellung des Turmes bewirkt haben könnten und begründen Sie ihre Ausführungen!
N
S
Abb. 7.3:
Geologisches Modell des Untergrundes mit möglichem Verlauf der Störung
Ingenieurgeologie II
Übung 7
Seite 2
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
(für alle Studienrichtungen)
8.
Frostverhalten von Locker- und Festgesteinen
8.1
Beurteilen Sie die Frostgefährdung des in der nachfolgenden Kornverteilungskurve (Anlage 8.1) dargestellten Lockergesteins nach CASAGRANDE (unter Beachtung des Ungleichförmigkeitsgrades) und
begründen Sie Ihre Entscheidung!
8.2
An einer Probe sollen Frost-Tau-Wechsel-Versuche nach DIN 52104, Teil 1 durchgeführt werden. Folgende Gerätschaften stehen Ihnen dafür zur Verfügung:
•
•
•
•
•
Trockenofen (max. 140 – 150°C)
Präzisionswaagen
Kühltruhe (max. -20°C), nicht regelbar
Thermometer
Gefäße.
Für die Vorbereitung der Frost-Tau-Wechsel-Versuche stehen Ihnen nur 26 Stunden zur Verfügung;
für die Durchführung der Versuche pro Tag die Zeit von 7 – 18 Uhr.
Bei der Probe handelt es sich um eine Körnung (Korngrößen 4/8 mm), die dem Rotliegenden entnommen wurde. Das Material wurde gewaschen und gesiebt geliefert. Es besteht aus rötlichen Tonsteinbruchstücken (10 %) und hellen Quarzkieseln (90 %) eckiger Kornform. Die Gesteinskörnung soll
in Straßendecken eingesetzt werden, woraufhin ihr Frost-Tau-Wechsel-Verhalten zu untersuchen und
ihre Verwitterungsbeständigkeit einzuschätzen ist. Folgende Parameter ergaben sich bei der Durchführung des Versuches:
•
•
Ausgangstrockenmasse
Trockenmasse des Siebrückstandes nach durchgeführtem F-T-W-Versuch:
md1 = 1920,7 g
md2 = 1851,2 g
Bereits nach dem zweiten Frost-Tau-Wechsel war eine rötliche Färbung des Auftauwassers zu erkennen. Nach dem fünften Frost-Tau-Wechsel war der Zerfall von einzelnen Tonsteinbruchstücken zu
beobachten.
a)
Stellen Sie stichpunktartig einen Arbeitsplan auf (Wochentag, Uhrzeit, welche Tätigkeit),
worin die nötigen Schritte von der Vorbereitung der Probe bis zur Beendigung der F-T-W
aufgeführt sind!
b)
Fertigen Sie einen Prüfbericht an (⇒ Anlage 8.2)!
c)
Beurteilen Sie das Material hinsichtlich seines Verhaltens beim Einsatz im Straßenbau!
Ingenieurgeologie II
Übung 8
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Anlage 8.1
.
Ingenieurgeologie II
Übung 8
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Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Anlage 8.2
Prüfbericht Frost-Tau-Wechselversuch nach DIN 52 104, Teil 1
a) Art und Herkunft der Probe
Stratigraphie
:
Korngröße
:
Mineralbestand
:
c) Beschreibung des Gesteins, Farbe, Zustand
d) Form, Größe, Anzahl der Proben
e) Art der Wassertränkung (Bezeichnung des Verfahrens nach Tab. 8.2)
f) Anzahl der durchgeführten FTW
h) Beobachtungen nach Augenschein während und nach den Frost-TauWechseln
i) Gewichtsverlust bzw. Absplitterungen in Gew.-% auf 0,1 Gew.-%
Korrigierte
Trockeneinwaage [g]:
Verlust [g]:
Siebrückstand nach
10 FTW (trocken) [g]:
Massenverlust
[% von der Einwaage]:
Ingenieurgeologie II
Übung 8
Seite 3
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
(für alle Studienrichtungen)
9.1 Verdichtungskontrolle im Erd- und Straßenbau
9.1.1 Theorie
a) Welche Möglichkeiten gibt es, bindige Böden mit weicher Konsistenz doch als Dammbaustoffe einzusetzen und warum machen sich solche Maßnahmen überhaupt erforderlich,
wenn es doch geeignetere Materialien gibt?
b) Warum wird für die Beurteilung des Verdichtungsgrades zusätzlich das Verhältnis Ev2/Ev1
herangezogen und wie sind die angegebenen Grenzwerte zu interpretieren (warum ist
beispielsweise ein grobkörniger Boden, dessen Verhältnis Ev2/Ev1 ≤ 2,2 ist, besser verdichtet, als ein grobkörniger Boden mit einem Verhältnis Ev2/Ev1 ≥ 2,2)?
9.1.2 Anwendung
a)
Ein Erddamm wird aus den Böden A und B hergestellt.
Geforderter Verdichtungsgrad:
Boden A:
Boden B:
DPr ≥ 97 %
DPr ≥ 103 %.
Aus dem fertigen Damm wurden Bodenproben entnommen und im Labor untersucht:
Boden
A
B
Masse der feuchten Probe [g]
Volumen des Entnahmezylinders [cm3]
Wassergehalt
Proctorversuch:
ρPr [t/m3]
wPr [%]
2309
1040
2205
1040
0,09
0,10
1,92
12
1,89
8
Überprüfen Sie, ob die geforderte Verdichtung erreicht wurde!
Ingenieurgeologie II
Übung 9.1
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
b)
Übungsaufgaben
Von einem als Dammbaustoff vorgesehenen Boden (SU*, Korndichte ρS = 2,68 t/m³)
wurden im Proctorversuch nachstehende Werte ermittelt:
ρPr = 1,81 g/cm3;
wPr = 0,18.
Eine aus dem hergestellten Damm entnommene Bodenprobe brachte folgende Ergebnisse:
Feuchtdichte:
2,05 g/cm3
Wassergehalt: 17 %
Liegt für eine Dammhöhe von maximal 2 m eine ausreichende Verdichtung gemäß
ZTVE-StB vor? Begründen und anführen, welche Vorschriften hinzugezogen wurden
und welche Dammbereiche betroffen sind.
c)
Durch einen Plattendruckversuch zur Bestimmung der Verdichtungskontrolle wurde
an einem Material (GU*) folgendes E-Modul berechnet:
Ev2 = 60 MN/m²
Welche Aussagen können Sie über den Zustand des Materials machen und wie
schätzen Sie seinen Einsatz als Baustoff ein! Führen Sie an, welche Tabellen hinzugezogen wurden.
Ingenieurgeologie II
Übung 9.1
Seite 2
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
(für alle Studienrichtungen)
9.2 Lockergesteine in der Umwelttechnik
a) Stellen Sie in einer kurzen Übersicht dar, welche Lockergesteine in der Deponietechnik ihren Einsatz
finden, welche Aufgaben sie übernehmen und aufgrund welcher Eigenschaften sie dazu befähigt sind!
Tab. 9.2.1: Einsatz von Lockergesteinen in der Deponietechnik und deren Eigenschaften
Lockergestein
Aufgabe in der
Deponietechnik
Eigenschaften
b) Was versteht man unter Suffosionsbeständigkeit? Welche Folgen hat der Einsatz eines nicht suffosionsbeständigen Materials in einer mineralischen Abdichtung oder über einer Entwässerungsschicht
(möglicherweise Gegenmaßnahme vorschlagen)?
c) Welche Vor- und Nachteile weisen tonige mineralische Dichtungen und kornabgestufte mineralische
Dichtungen auf?
d) Warum ist eine Kombination von Kunststoffdichtungsbahnen und mineralischen Dichtungen günstig?
Begründen Sie Ihre Ausführungen!
e) Wieso setzt man Tone mit geringem Schadstoffrückhaltevermögen (nicht quellfähige) in Deponien ein?
Nennen Sie eine Kombinationsmöglichkeit dieser Tone mit anderen Tonen!
f) In den folgenden Tabellen und Abbildungen (Tab. 9.2.2/3/4 und Abb. 9.2.1) sind Zusammensetzung
und Eigenschaften vier verschiedener Tone dargestellt. Daraus ist das am besten geeignete Material für mineralische Abdichtungszwecke einer Deponie auszuwählen. Dazu sind die spezifischen
Eigenschaften der Tonminerale zu beachten, d.h. zu nennen und ihre Wirkung zu erläutern. Bei der
Begründung sind eventuelle Nachteile anzuführen!
Weiterhin ist ein zweiter Dichtungsstoff zu wählen, der, wenn möglich, die Nachteile des ersten
kompensiert und somit eventuell mit ihm kombiniert werden kann! Begründen Sie ihre Ausführungen!
Ingenieurgeologie II
Übung 9.2
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Tab. 9.2.2:
Semiquantitativer Mineralbestand [%] der Tone
Illit
64
1
1
6
25
1
2
Quarz
Calcit
Dolomit
Smectit
Illit
Kaolinit
Cristobalit
Organik
Tab. 9.2.3:
Übungsaufgaben
Kaolin
15
2,5
1
5
76
0,5
Ca-Bentonit
17
4
59
3
5
3 - 10
3
Keuper-Ton
23
3
25
17
22
5
5
Bodenphysikalische und -mechanische Kenngrößen der Tone
Kennwert
Bez. nach DIN 4022
Bez. nach DIN 18196
Korndichte
Fließgrenze
Ausrollgrenze
Plastizität
Wasseraufnahmevermögen
Kornanteil Ton
Kornanteil Schluff
Kornanteil Sand
Äußere Oberfläche (N2)
Gesamtoberfläche (H2O)
Äußere Oberfläche der Fraktion < 2 μm
Einheit
Kaolin
Illit
g/cm3
%
%
%
%
%
%
m2/g
m2/g
2
m /g
U, +t
UM
2,62
41,7
31,7
10
59
47
53
8,9
9
8,9
U, +t, s
TM
2,67
50,2
23,9
26,3
91
33
47
20
12,6
22,3
35,3
CaBentonit
T, +u, s
TA
2,71
96,8
41,2
55,6
132
37
37
26
29,2
403,8
62,3
KeuperTon
T, +u, -s
TM - TA
2,66
51,5
23,8
27,7
63
55
31
14
49,8
55,4
Abb. 9.2.1:
Korngrößenverteilung der
Tone
Tab. 9.2.4: Kationenaustauschkapazität und austauschbare Kationen der Tone
Tonprobe
Kaolin
Illit
Ca-Bentonit
Keuper-Ton
Ingenieurgeologie II
KAK
mmoleq /100g
3,29
7,03
70,81
20,02
Ca2+
[%]
56
32
63
58
Mg2+
[%]
17
36
21
35
Übung 9.2
Na+
[%]
21
29
15
3
K+
[%]
6
3
1
4
Seite 2
TU Bergakademie Freiberg
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Aufgaben für die Stollenkartierung
Ihnen wird im Lehrbergwerk „Reiche Zeche“ der TU Bergakademie Freiberg Untertage ein
Streckenabschnitt (ca. 25 m) zugewiesen. Ihre Aufgabe ist es, unter komplexer Anwendung ihrer
Kenntnisse, diesen Stollenabschnitt zu kartieren, Klüftigkeitsziffern zu ermitteln sowie die
Trennflächen mit dem Geologenkompass aufzunehmen. Im Ergebnis ihrer graphischen Darstellung
(Kartierung) sollen weitere Berechnungen angestellt sowie eine Einschätzung der Gebirgsqualität
vorgenommen werden.
Gehen Sie dabei folgendermaßen vor:
1. Bestimmen Sie Ihren Standort [Bezeichnung des zu kartierenden Abschnittes (Grubenfeld, Gangbzw. Streckenbezeichnung ⇒ Anlage 3), Richtung (Streichen) der Stollenachse]!
2. Kartieren Sie Ihren Abschnitt analog des Beispiels in der Anlage 2! Zeichnen Sie den Verlauf der
Großklüfte (> 1 m Ausbißlänge) nach und tragen Sie alle Besonderheiten, wie Wasseraustritte,
Störungen oder Gänge, in Ihre Kartierungsunterlagen ein! In der Kartierung soll weiterhin
enthalten sein: Bezeichnung und Richtung des Streckenabschnittes, Bezeichnung des
anstehenden Gesteins und der gewählten Hauptkluftrichtungen, Messstrecke (Maßstab),
Himmelsrichtungen, Aushalten von stärker zerklüfteten oder zersetzten Bereichen!
3. Berechnen Sie die Klüftigkeitsziffern für Ihren Streckenabschnitt (rechte und linke Ulme)! Zählen
Sie dazu für geringe Messstrecken, z. B. aller 5 m, die Großklüfte und Kleinklüfte getrennt aus!
4. Bezeichnen Sie die auftretenden Hauptkluftrichtungen und messen Sie diese mit dem
Geologenkompass ein (ca. 10 Werte pro Hauptkluftrichtung) ⇒ Einfallrichtung/Einfallwinkel δ =
wahres Einfallen!
5. Übertragen Sie die Darstellung der Trennflächenverläufe aus der Kartierung der Firste und der
Ulmen in die Sohle und bestimmen Sie für die einzelnen Hauptkluftrichtungen das scheinbare
Einfallen ρ und den Winkel zwischen Streichen und Schnitt α mit Hilfe des Nomogramms in der
Anlage 5!
6. Klassifizieren Sie Ihren Streckenabschnitt nach LAUFFER (⇒ Anlage 4) und geben Sie
Empfehlungen zum notwendigen Ausbau!
Ingenieurgeologie II
Übung 10
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TU Bergakademie Freiberg
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Anlage 5
α
α
Scheinbares Einfallen =
Wahres Einfallen = 45°
δ
ρ
h
Sc
re
ba
ein
sE
=
llen
a
f
n
i
0°
Scheinbares
Einfallen = 35°
α
N
SW
Ingenieurgeologie II
Übung 10
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Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
(für alle Studienrichtungen)
10.
Stollenkartierung
In der Anlage 10.1 ist eine ingenieurgeologische Stollenkartierung dargestellt. Die Tunnelachse verläuft genau in W-E-Richtung. Die Ulmen stehen vertikal.
1. Übertragen Sie die geologischen Verhältnisse in die Sohle und bestimmen Sie die Raumstellung der Schichtungen, der Großkluft und der Störungszone. Das wahre Einfallen der
Trennflächen ermitteln Sie mit dem Nomogramm zur Reduktion des Einfallens (Anlage
10.2).
a) Schichtung (Sdst)
a1)
westlich der Störung
1)
2)
3)
4)
a2)
Streichwinkel und Einfallquadrant (geolog. Schreibweise)
Winkel zwischen Stollenachse und Streichrichtung (α)
scheinbares Einfallen (ρ)
wahres Einfallen (δ)
.................
.................
.................
.................
Großkluft (Kl)
1)
2)
3)
4)
c)
.................
.................
.................
.................
östlich der Störung
1)
2)
3)
4)
b)
Streichwinkel und Einfallquadrant (geolog. Schreibweise)
Winkel zwischen Stollenachse und Streichrichtung (α)
scheinbares Einfallen (ρ)
wahres Einfallen (δ)
Streichwinkel und Einfallquadrant (geolog. Schreibweise)
Winkel zwischen Stollenachse und Streichrichtung (α)
scheinbares Einfallen (ρ)
wahres Einfallen (δ)
.................
.................
.................
.................
Störungszone (Z’’’)
1)
2)
3)
4)
Streichwinkel und Einfallquadrant (geolog. Schreibweise)
Winkel zwischen Stollenachse und Streichrichtung (α)
scheinbares Einfallen (ρ)
wahres Einfallen (δ)
Ingenieurgeologie II
Übung 10
.................
.................
.................
.................
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
2. Zeichnen Sie die geologischen Verhältnisse in die Querschnitte bei den Stationen
4,0 m, 11,0 m und 15,0 m ein!
3.
Für die Tunnelquerschnitte (Station 4,0 m, 11,0 m 15,0 m) ist eine Ankersicherung
vorgesehen:
a)
b)
c)
bei Station 4,0 m:
bei Station 11,0 m:
bei Station 15,0 m:
ein 3,0 m langer Anker
drei 2,0 m lange Anker zu setzen
ein 3,0 m langer Anker und zwei 2,0 m lange Anker
Tragen Sie die Anker in die Querschnitte ein!
4.
Klassifizieren Sie nach den Merkmalen der Tabelle (Anlage 10.3) das Gebirge und
tragen Sie die festgelegten Gebirgsklassen in die Spalte „Gebirgsklassen“ der Anlage
10.1 ein!
Ingenieurgeologie II
Übung 10
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Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Ingenieurgeologie II
Übung 10
1700
700
900
1200
1500
1700
Anlage 10.1
Seite 3
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Übungsaufgaben
Anlage 10.2
Nomogramm
Ingenieurgeologie II
Übung 10
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Ingenieurgeologie II
Übung 10
Übungsaufgaben
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Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
(für alle Studienrichtungen)
11. Talsperrenbau I
11.1
Theorie
1. Auf welche Kriterien sollte vorrangig bei der Wahl von Sperrstellen geachtet werden (3)
und wie sollten diese optimal beschaffen sein?
2. Welche Feldversuche gibt es, um die Durchlässigkeit des Gebirges zu ermitteln (3)?
3. Spezialuntersuchungen
a) Mit welchen Phänomenen ist in Karstgebieten zu rechnen und welche Gefahren können daraus für Absperrbauwerke, die in solchen Gebiete errichtet werden, entstehen?
b) Welche Dämme sind in erdbebengefährdeten Gebieten am sichersten und warum? Unter welcher Voraussetzung können sie errichtet werden?
c) Mit welchen Folgen ist beim Bau eines Absperrbauwerkes zu rechnen, wenn
untertägiger Bergbau auftritt? Welche Maßnahmen erfordert dies und welche
Probleme können bei der Erkundung auftreten?
11.2
Anwendung
In der Anlage 11.1 sind die geologischen und morphologischen Verhältnisse für ein Gebiet
dargestellt, in dem ein Absperrbauwerk errichtet werden soll. Das Stauziel wird bei 400 m NN
liegen.
a) Machen Sie Vorschläge für eine Sperrstelle und zeichnen Sie diese in die Anlage 11.1
ein! Begründen Sie Ihre Entscheidung unter verschiedenen Aspekten (4)! Beachten Sie
dabei auch die ökonomisch günstigste Variante!
b) Zeichnen Sie weiterhin einen Umleitungsstollen ein, wo das Wasser bei Überstau um die
Staumauer herumgeleitet werden kann.
c) Wo könnten eventuell Vorstaumauern errichtet werden und welche Funktionen (2) können
diese übernehmen?
d) Welche Schwierigkeiten können in diesem Gebiet zusätzlich auftreten (2) und wie sind sie
zu beheben?
Legende zur Anlage 11.1:
Ingenieurgeologie II
Übung 11
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Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Anlage 11.1: Darstellung des zukünftigen Stauraumes
Ingenieurgeologie II
Übung 11
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Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Aufgaben für die Übungen zur Ingenieurgeologie II
(für alle Studienrichtungen)
12./13.
Talsperrenbau II
(Doppelübung)
Es ist die Konstruktion eines Profils unterhalb eines Absperrbauwerkes vorzunehmen. Das
Stauziel liegt bei 140 m NN.
Als Unterlage liegen vor:
1.
Bohrprofile mit Verwitterungsangaben (⇒ Anlage 12.1)
2.
Geologische Karte im Maßstab 1 : 1000 (⇒ Anlage 12.2) mit:
− Streichen, Einfallrichtung und Einfallwinkel der Schichten
− Lage der Sattel- und Muldenachsen
− Lage von 6 Bohrungen und einem Schurf
3.
Gebirgsklassifizierung (⇒ Anlage 12.3)
(Zur Erläuterung der Anlage 12.1)
4.
Nomogramm zur Reduktion des Einfallens (⇒ Anlage 12.4)
(Zur Bestimmung des scheinbaren Einfallens der Schichten)
Die Bauwerksachse verläuft E-W mit einer schwachen SW-Konvergenz [Achsenfläche 80°
NE (Abweichung von Nord)] entlang der Profillinie B1 bis B6. Die Bohrungen wurden bis auf
zwei Bohrungen (B3 und B4) vertikal abgeteuft. Die Bohrung B3 wurde schräg ausgeführt
(Einfallrichtung: 80°/Einfallwinkel: 52°), die Bohrung B4 ebenfalls (260°/70°).
1. Zeichnen Sie entlang der Bauwerksachse ein Profil der anstehenden Schichten! Gehen
Sie dabei folgendermaßen vor:
− Übertragen Sie auf Millimeterpapier A3 das morphologische Profil aus der Oberflächenkartierung aus Anlage 12.2 (m NN)!
− Tragen Sie die Bohrungen (beachte Schrägbohrungen) sowie die Sattel- und Muldenachsen ein und stellen Sie die erbohrten Schichten dar (Schrägbohrungen: Angaben in Anlage 1 beziehen sich auf den Kernfortschritt)!
− Verbinden Sie die Schichten entsprechend der geologischen Verhältnisse! Beachten
Sie dabei beim Einfallen der Schichten die Winkelreduktion (Anlage 12.4) und kennzeichnen Sie die Gesteine laut DIN!
− Tragen Sie an die Bohrprofile die jeweiligen Wasseraufnahmen in Histogrammform
ein (Anlage 12.1)! Geben Sie Ihren Maßstab dazu an!
Ingenieurgeologie II
Übung 12+13
Seite 1
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
2. Bewerten Sie den Untergrund hinsichtlich seiner Tauglichkeit für das Absperrbauwerk!
Machen Sie dazu folgende Ausführungen:
− Beschreibung der tektonisch/geologischen Standortverhältnisse allgemein;
− Beurteilung des Untergrundes (der einzelnen Schichten) hinsichtlich Durchlässigkeit
(beachte Verwitterung, Zerklüftung);
− Aufzeigen von möglichen Umläufigkeiten, Wasserwegsamkeiten;
− Genaue Beschreibung von Bereichen, die abgedichtet werden müssen;
− Vorschlag von Methoden zur Abdichtung;
− Vorschlag für mögliche Gründungstiefe des Bauwerkes (auch Kostenfrage beachten!).
Ingenieurgeologie II
Übung 12+13
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Übungsaufgaben
Anlage 12.1
Bohrung
Petrographie
Zerklüftung
Verwitterung
Verlehmung
Verkarstung
Wasseraufnahme
(l/min⋅m)
B1
0 - 7,5 m Sst
- 19 m Kst
- 39 m Sst
- 65 m Tst
- 95 m Sst
- 124 m Tst
- 130 m Sst
0 - 7,5 m Z’’
- 20 m Zo
- 40 m Z’
- 55 m Z
- 70 m Zo
- 95 m Z
- 130 m Zo
0 - 7,5 m v’,Lkl
- 19 m K’ Lkl
- 39 m v
- 55 m vkl
0 - 10
- 20
- 30
- 40
- 50
- 55
- 130
m
16
m > 150
m
34
m
12
m
5
m
3
m< 2
B2
0- 7
- 18
- 35
- 62
- 95
- 119
- 130
0- 7
- 18
- 25
- 35
- 60
- 90
- 130
m Z’’
m Zo
m Z’
m Z-Z’
mZ
m Zo-Z
m Zo
0- 7
- 18
- 25
- 50
0 - 5
- 10
- 20
- 35
- 50
- 130
m 11
m 80
m > 150
m
26
m
8
m< 2
B3
0 - 1,5 m S+Ki
- 25 m Sst
- 34 m Kst
- 42 m Sst
- 45 m Kst
- 55 m Sst
- 72 m Tst
- 98 m Sst
- 115 m Tst
- 126 m Kst
- 140 m Sst
1,5 - 15
- 25
- 35
- 41
- 43
- 55
- 75
- 100
- 140
m Z“
m Z’
mZ
m Z’
m Z“’
m Z’
mZ
m Zo-Z
m Zo
1,5 - 15 m v’, Lkl
- 25 m v
- 45 m v’
- 75 m vkl
1,5 - 15 m 19
- 25 m 33
- 35 m > 150
- 40 m
95
- 50 m 122
- 60 m 28
- 70 m 11
- 115 m < 2
- 125 m 80
- 140 m < 2
B4
0- 4
- 13
- 39
- 62
- 95
- 119
- 126
- 140
m S+Ki
m Kst
m Sst
m Tst
m Sst
m Tst
m Kst
m Sst
4- 3
- 30
- 40
- 55
- 60
- 63
- 75
- 140
mZ
m Z’
mZ
m Zo-Z
m Z’
m Z“
mZ
m Zo
4 - 13
- 20
- 30
- 55
- 65
- 75
m K’, Lkl
m v’
mv
m vkl
m v’
m vkl
4 - 15
- 30
- 40
- 55
- 65
- 75
- 120
- 130
- 140
m > 150
m
45
m
26
m
11
m
75
m
7
m< 2
m
77
m< 2
B5
0 - 19
- 52
- 78
- 95
- 110
m Tst
m Sst
m Tst
m Kst
m Sst
0- 5
- 20
- 30
- 50
- 100
m Z’
mZ
m Z’
mZ
m Zo
0- 5
- 50
- 78
- 95
m v’, Lkl
m vkl
m frisch
mK
0-
5
30
50
75
95
110
m 19
m 42
m 8
m< 2
m 60
m< 2
B6
0 - 13
- 32
- 48
- 100
m Sst
m Tst
m Kst
m Sst
0 - 15
- 30
- 50
- 75
- 100
m Z’
mZ
m Zo
mZ
m Zo
0 - 8 m v’, Lkl
- 15 m v
- 50 m vkl
0-
10
20
30
50
60
100
m 20
m 36
m 9
m 100
m 5
m< 2
S1
0-7
m S+Ki
- 7,5 m Sst
S+Ki
Sst
m Sst
m Kst
m Sst
m Tst
m Sst
m Tst
m Sst
Sand und Kies
Sandstein
Ingenieurgeologie II
m v’,Lkl
m K’, Lkl
mv
m vkl
Tst
Kst
Übung 12+13
Tonstein
Kalkstein
Seite 3
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Anlage 12.3
Gebirgsklassifizierung nach Erfahrungen im Rheinischen Schiefergebirge
1. Zerklüftungsgrad (Z)
unzerklüftet
sehr schwach (zoo) zerklüftet
sehr schwach bis schwach (zoo - zo)
schwach (zo)
schwach bis deutlich (zo - z)
deutlich (z)
deutlich bis stark (z - z’)
stark (z’)
stark bis sehr stark (z’ - z’’)
sehr stark (z’’)
völlig zerrieben bzw. mylonitisiert (Myl)
2. Verwitterungsgrad
a) Gesamtgestein (V)
unverwittert
sehr schwach (Voo) verwittert
schwach (Vo)
schwach bis deutlich (Vo - V)
deutlich (V)
deutlich bis stark (V - V’)
stark (V’)
stark bis sehr stark (V’ - V’’)
sehr stark (V’’)
völlig (V’’’)
3. Zersetzungsgrad
schwach
deutlich
stark
sehr stark
völlig zersetzt
5. Ausbildung der Schichten
massig
dickbankig
mittelbankig
dünnbankig
dünnschichtig
feinblättrig
Klüfte je m
Kluftabstand
(auf einer Messgeraden)
0- 4
5- 6
7- 8
9-12
> 12
> 25 cm
- 20 cm
- 15 cm
- 10 cm
- 5 cm
- 4 cm
- 3 cm
- 2 cm
< 2 cm
b) Verwitterung auf Klüften (Vkl)
unverwittert
sehr schwach (Vookl)
schwach (Vokl)
schwach bis deutlich (Vokl - Vkl)
deutlich (Vkl)
deutlich bis stark (Vkl - V’kl)
stark (V’kl)
stark bis sehr stark (V’kl - V’’kl)
sehr stark (V’’kl)
völlig (V’’’kl)
lehmig (L)
Kluftfüllung lehmig (Lkl )
verkarstet (K) stark verkarstet (K’)
4. Intensität der Schieferung
schwach
deutlich
stark
sehr stark geschiefert
> 100 cm
30 cm - 100 cm
30 cm - 15 cm
15 cm 5 cm
5 cm 0,5 cm
< 0,5 cm
6. Verhalten gegenüber Wasser
a) feste Gesteine
b) veränderlich feste Gesteine
Verlieren bei Wasserzutritt Konsistenz
Ingenieurgeologie II
Übung 12+13
Seite 4
Lehrgebiet für Ingenieurgeologie, Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Übungsaufgaben
Anlage 12.4
Ingenieurgeologie II
Übung 12+13
Seite 5

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