Spannungsmodell für Deutschland – Grundgebirge

Das Teilprojekt der TU Darmstadt konzentriert sich auf die Kompilation der Grundgebirgsstrukturen von Deutschland und seiner Umgebung. Somit werden vor allem Daten zum Krustenaufbau von den prä-permischen Sedimenten bis zur Kruste-Mantel-Grenze betrachtet. Als Datenquellen werden somit vor allem die Ergebnisse von geophysikalischen Untersuchungen genutzt.
Auf Basis der kompletten Modellgeometrie, bestehend aus dem Grundgebirgs- und Deckgebirgsmodell, erfolgt die Diskretisierung zu einem geomechanisch-numerischen Modell. Nach der Einbeziehung der Materialeigenschaften und der zu definierenden Randbedingungen erfolgt die Berechnung des Gleichgewichts der wirkenden Kräfte im Rahmen einer Spannungs-Deformationsanalyse. Das Spannungsmodell wird durch iterative Anpassung an tatsächlich gemessenen Spannungsdaten kalibriert und liefert so ein „Best-fit“ Modell, das Spannungsprognosen für die nicht durch Messdaten belegten Bereiche erlaubt. Ferner gehören zum Arbeitsplan flankierende generische Parameterstudien zum Einfluss von Grundgebirgsstrukturen auf das Spannungsfeld.

Skalierung von Gesteinsparametern

Weiterhin wir die skalenabhängige Wahl der mechanischen Gesteinsparameter untersucht. Dabei werden Konzepte verglichen, die ausgehend von den im Labor bestimmbaren mechanischen Gesteinskenngrößen (z.B. Elastizitätsmodul, Querdehnungszahl, Reibungswinkel, uniaxiale Druckfestigkeit) eine quantitative Einbeziehung der mechanischen Wirkung des Trennflächengefüges (Störungen, Klüfte) ermöglichen. Entsprechend ändern sich die Gebirgseigenschaften mit dem Betrachtungsmaßstab bzw. der Elementgröße des geomechanisch-numerischen Modells. Für die Aufskalierung sollen neben empirischen Methoden aus der Praxis Discrete Fracture Network (DFN) Modellierungen untersucht werden, die eine statistisch äquivalente Kluftnetzwerkbeschreibung erlauben. In Kombination mit den mechanischen Gesteins- und Trennflächeneigenschaften kann so z.B. ein räumlich variables und anisotropes Gebirgs-E-Modul berechnet werden.

Modellaufbau und Ergebnisse