TDR-Messungen in Untertageverschlussbauwerken im Salzgestein · 2008-10-13 · 2,40 m 3,00 m 0,20 m 0,40 m Messebene ME 1 Messebene ME 2 Ringleitungen zum Verpressen der Kontaktfläche

Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar

TDR-Messungen in Untertageverschlussbauwerken im Salzgestein

Grube Teutschenthal - Projekt CARLA

Eberhard Trinks, Klaus Kupfer, Norman Wagner, Michael Kuhne, Bernd Müller

Materialforschungs- und -prüfanstalt Weimar

5. Fachgespräch „Geophysik und Barrieresysteme“, 2. Oktober 2008Universität Leipzig, Institut für Geophysik und Geologie



Das vom BMBF geförderte Projekt CARLA

CARnallitische

Langzeitsichere

Absperrbauwerke

umfasst die Entwicklung eines Grundkon-zeptes für langzeitstabile Streckendämme für Untertagedeponien im leichtlöslichen Salzgestein (Carnallitit) unter komplizierten geologischen, geomechanischen und geochemischen Bedingungen.

Verschlussbauwerke für Untertagedeponien müssen als Barrieresystem so konzipiert werden, dass das Eindringen von Wasser in die Deponie über einen sehr langen Zeitraum verhindert wird.



Für die großtechnischen Versuche zu langzeitsicheren Absperrbauwerken wurde das carnallitische Grubenfeld in Teutschenthal (Sachsen-Anhalt) ausgewählt.

Die in der Grube Teutschenthal gegebenen geologischen und bergbaulichen Bedingungen sind geeignet, die wissenschaftlichen Grundsatzlösungen für den Bau derartiger Verschlussbauwerke zu erarbeiten und die Ergebnisse für die Errichtung von Untertagedeponien zu verallgemeinern.



Im Verlaufe der Vorbereitung der großtechnischen Versuche hat es sich gezeigt, dass es insbesondere wegen des komplizierten Nachweises der Abdichtung zwischen Bauwerk und Gebirge zweckmäßig ist, den möglichen Feuchtezutritt über der Kontur des Verschlusselements mit dem an der MFPA Weimar weiterentwickelten und vom BMBF1 ebenfalls geförderten TDR-Feuchtemessverfahren zu erfassen.1BMBF-Förderkennzeichen 02C1064 – Weiterentwicklung eines TDR-Messverfahrens zur Quantifizierung von Feuchte- und Dichteverteilungen in Bentonitversuchsbauwerken


Projekt CARLA - Versuchsorte in der Grube Teutschenthal

GV1

KV1

MFPA-Versuch KV1

Großversuch GV1


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Einbau der TDR-Messkabel


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Lage der TDR-Messleitungen

20

alle Maße in cm !

Korundsteine

Planflächen

TDR-Messkabel

20 20 20 80 4040 40 20

Druckkammer

4020

40

B A

Kab

el 4

BA B

B

B A Kab

el 6

Kabel 5

Kabel 4

Kabe

l 1

Kabel 5

Kabe

l 7

Kabe

l 2

Kabel 6

Kabel 3


Kabel 1

Kabel 7

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

.

A

A

B

B

Projekt CARLA - MFPA-Versuch / TDR-Messsystem


PE-Flachbandleitung50Ohm-Koaxialkabel RG393

50Ohm-Koaxialkabel RG39350Ohm-Koaxialrelais

50Ohm-Koaxialrelais

A B

TDR100

Projekt CARLA - MFPA-Versuch / TDR-Messsystem – TDR-Messleitung


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Arbeitsetappen und TDR-Messwerte (Messleitung 1)

09.08.2007

26.07.2007 Kabeleinbau

Betonage


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Arbeitsetappen und TDR-Messwerte (Messleitung 1)

07.11.2007

28.08.2007 Ausschalung

Laugenverpressung


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Visualisierung der TDR-Messwerte (Messleitung 7, Seite A)

0

0.2

0.4

0

0.2

0.4

t [n

s]

S e n s o r 7

0 7 / 2 9 0 8 / 0 5 0 8 / 1 2 0 8 / 1 9 0 8 / 2 6

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4

A

Kabeleinbau am 26.07.2007 MgO-Betonage am 09.08.2007

reflection coefficient [a.u.]



0

0.2

0.4

0

0.2

0.4

t [n

s]

S e n s o r 7

0 7 / 2 9 0 8 / 0 5 0 8 / 1 2 0 8 / 1 9 0 8 / 2 6

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4

A





0

0.2

0.4

0

0.2

0.4

t [n

s]

S e n s o r 7

0 7 / 2 9 0 8 / 0 5 0 8 / 1 2 0 8 / 1 9 0 8 / 2 6

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4

A





0

0.2

0.4

0

0.2

0.4

t [n

s]

S e n s o r 7

0 7 / 2 9 0 8 / 0 5 0 8 / 1 2 0 8 / 1 9 0 8 / 2 6

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4

A





0

0.2

0.4

0

0.2

0.4

t [n

s]

S e n s o r 7

0 7 / 2 9 0 8 / 0 5 0 8 / 1 2 0 8 / 1 9 0 8 / 2 6

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4

A




Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Visualisierung der TDR-Messwerte (Messleitung 7, A und B)

t [n

s]S e n s o r 7

0 7 / 2 9 0 8 / 0 5 0 8 / 1 2 0 8 / 1 9 0 8 / 2 6

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4

At

[ns]

S e n s o r 7

0 7 / 2 9 0 8 / 0 5 0 8 / 1 2 0 8 / 1 9 0 8 / 2 6

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4

B

MgO-Betonage am 09.08.2007

MgO-Betonage am 09.08.2007

Kabeleinbau am 26.07.2007

Kabeleinbau am 26.07.2007




Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Rekonstruktion der TDR-Messwerte (Messleitung 7)

B A

BA B

B

B A A B

Kabe

l 2

Kabel 6

Kabe

l 7

Schnitt A

Kabel 5

Kabel 4 Kabel 74,30m lang

Kabe

l 1

A

A

x [m

]

S e n s o r 7

0 7 / 2 9 0 8 / 0 5 0 8 / 1 2 0 8 / 1 9 0 8 / 2 60

0 . 5

1

1 . 5

2

2 . 5

3

3 . 5

4

0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2

A

B

x [m]

log10 (capacity) [pF/m]


Feuchteprofilrekonstruktion aus den TDR-Messwerten

S e n s o r 7

0 7 / 2 9 0 8 / 0 5 0 8 / 1 2 0 8 / 1 9 0 8 / 2 6

0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2

log10 (capacity) [pF/m]

( )( )

A

B

r f t

r g t

=

=[ ] ( )C pF m f x′ =

( ),r mat f xε =

( )mat f xψ =

TDR-Messsignale(Reflexionsfaktoren)

ortsaufgelöster Kapazitätsbelag

Permittivitätsprofil

Feuchteprofil

Sensorkennlinie

Materialkalibrierung

( ),r effC f ε′ =

( ),r mat fε ψ=

X

Rekonstruktion nach Schlaeger/Wagner

, ,r eff r matε ε


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Rekonstruktion der TDR-Messwerte (Messleitungen 1 - 7)

x [m

]

07/29 08/05 08/12 08/19 08/26012

x [m

]

07/29 08/05 08/12 08/19 08/26012

x [m

]

07/29 08/05 08/12 08/19 08/260

0.5

x [m

]

07/29 08/05 08/12 08/19 08/260

0.5

x [m

]

07/29 08/05 08/12 08/19 08/260

0.5

x [m

]

07/29 08/05 08/12 08/19 08/260

0.5

x [m

]

07/29 08/05 08/12 08/19 08/26024

1

2

3

4

5

6

7MgO-Betonage am 09.08.2007Kabeleinbau am 26.07.2007


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Verpressen der Lauge am 07.11.2007


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / TDR-Messwerte vor dem Verpressen (Messleitung 7)


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / TDR-Messwerte nach dem Verpressen (Messleitung 7)








Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Lage der TDR-Messleitungen

B A

B

A B

B

B A A B

B B A

B

B

A

A

A B A

Kabel 7

Kab

el 1

A B

Kabel 6/1

Kabel 5

Kab

el 2

Kabel 6

Kab

el 7

Kabel 5

Kabel 4

Kab

el 7

Kabel 4B A

B Kabel 3 A

Kab

el 2

Kab

el 2

Kab

el 1

Kabel 6/2

4,2m

0,0m

0,0m 4,2m

Kabel 1

Kabel 2

Dru

ckka

mm

er

Lufts

eite

Querschnitt

Flächenabwicklung

Fluid


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / 2D-Rekonstruktion vor dem Verpressen

Kabel 7

Kabel 1

Kabel 2 Kabel 2

Kab

el 3

Kab

el 4

Kab

el 5

Kab

el 6

/2

Kab

el 6

/1


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / 2D-Rekonstruktion nach dem Verpressen

Kabel 7

Kabel 1

Kabel 2 Kabel 2

Kab

el 3

Kab

el 4

Kab

el 5

Kab

el 6

/2

Kab

el 6

/1



Kabel 7

Kabel 1

Kabel 2 Kabel 2

Kab

el 3

Kab

el 4

Kab

el 5

Kab

el 6

/2

Kab

el 6

/1



Kabel 7

Kabel 1

Kabel 2 Kabel 2

Kab

el 3

Kab

el 4

Kab

el 5

Kab

el 6

/2

Kab

el 6

/1



Kabel 7

Kabel 1

Kabel 2 Kabel 2

Kab

el 3

Kab

el 4

Kab

el 5

Kab

el 6

/2

Kab

el 6

/1


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Austritt der Lauge an der Kontur


Projekt CARLA - MFPA-Versuch / Austritt der Lauge an der Kontur


Projekt CARLA – Großversuch GV1

4,20 m 5,70 m

8,40 m3,00 m2,40 m

0,20 m0,40 m

MessebeneME 1

MessebeneME 2

Ringleitungen zum Verpressen der Kontaktfläche

KabelsensorenMFPA

1,20 m

1,20 m0,60 m

12346789111213 10 5

Versuchsziele:

• Einbau von MgO-Beton als Ortbeton (Anmisch- und Einbautechnologie, Temperaturentwicklung und Eigenspannung im Baukörper, Rissentwicklung während des Abbindens und der Belastung)

• Flüssigkeitsdruckbelastung (Lastabtragverhalten, Dichtverhalten, Erfassen der Umströmung des Pfropfens über das Gebirge, Feuchteausbreitung im Pfropfen und im Gebirge)

• Nachuntersuchungen (Permeabilität, Feuchtegehalt, Gefügeuntersuchungen, Festigkeit)



4,20 m 5,70 m

8,40 m3,00 m2,40 m

0,20 m0,40 m

MessebeneME 1

MessebeneME 2


KabelsensorenMFPA

1,20 m

1,20 m0,60 m

12346789111213 10 5



4,20 m 5,70 m

8,40 m3,00 m2,40 m

0,20 m0,40 m

MessebeneME 1

MessebeneME 2


KabelsensorenMFPA

1,20 m

1,20 m0,60 m

12346789111213 10 5


Projekt CARLA – GV1 / Einbau der TDR-Messleitungen


Projekt CARLA – GV1 / Rekonstruktion der TDR-Messwerte (Messleitungen 1 – 4)

1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

Messkabel 2

Mes

skab

el 1

Messkabel 4

Mes

skab

el 3

1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

Messkabel 2

Mes

skab

el 1

Messkabel 4

Mes

skab

el 3

Messkabel 1

1A

4B

Messkabel 1

Messkabel 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

S e n s o r 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

Messkabel 4

Messkabel 1

Messkabel 2

Messkabel 3

Messkabel 3

3B

3B

3A

3A

2B

2A1B

1A4B

4A



1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

Messkabel 2

Mes

skab

el 1

Messkabel 4

Mes

skab

el 3

1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

Messkabel 2

Mes

skab

el 1

Messkabel 4

Mes

skab

el 3

Messkabel 1

1A

4B

Messkabel 1

Messkabel 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

S e n s o r 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

Messkabel 4

Messkabel 1

Messkabel 2

Messkabel 3

Messkabel 3

3B

3B

3A

3A

2B

2A1B

1A4B

4A

log10(capacity [pF/m])

0

0.5

1

1.5



1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

Messkabel 2

Mes

skab

el 1

Messkabel 4

Mes

skab

el 3

1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

Messkabel 2

Mes

skab

el 1

Messkabel 4

Mes

skab

el 3

Messkabel 1

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

S e n s o r 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

Messkabel 4

Messkabel 1

Messkabel 2

Messkabel 3

Messkabel 3

3B

3B

3A

3A

2B

2A1B

1A4B

4A12.09.2007 Einbau Messkabel

13.09.2007 Betonage 13. Scheibe

08.10.2007 Verpressen 2K-Bitumen



Messkabel 1

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

S e n s o r 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

0 9 / 1 5 0 9 / 2 0 0 9 / 2 5 0 9 / 3 0 1 0 / 0 5 1 0 / 1 0 1 0 / 1 5 1 0 / 2 0 1 0 / 2 5 1 0 / 3 0 1 1 / 0 4

Messkabel 4

Messkabel 1

Messkabel 2

Messkabel 3

Messkabel 3

3B

3B

3A

3A

2B

2A1B

1A4B

4A12.09.2007 Einbau Messkabel

13.09.2007 Betonage 13. Scheibe

08.10.2007 Verpressen 2K-Bitumen


Projekt CARLA – GV1 / Situation vor Ort am 10.03.2008

Bei Permeabilitätsuntersuchungen am 24.01.2008 sind größere Mengen Lauge ausgetreten (etwa geschätzte 25 Liter), die sich vor dem Versuchs-bauwerk zu einer „größeren Pfütze“ sammelten.


Projekt CARLA – GV1 / Feuchteprofil und –verlauf (15.01.2008 bis 15.02.2008)

1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

Messkabel 2

Mes

skab

el 1

Messkabel 4

Mes

skab

el 3

1B2A

3A2B

3B4A

1A4B

Messkabel 2

Mes

skab

el 1

Messkabel 4

Mes

skab

el 3

x [m

]

Sensor 1

01/18 01/23 01/28 02/02 02/07 02/120

2

4

x [m

]

Sensor 2

01/18 01/23 01/28 02/02 02/07 02/120

2

4

x [m

]

Sensor 3

01/18 01/23 01/28 02/02 02/07 02/120

2

4

x [m

]

Sensor 4

01/18 01/23 01/28 02/02 02/07 02/120

2

4

Permeabilitätsuntersuchung am 24.01.2008

x [m

]

Sensor 4

01/18 01/23 01/28 02/02 02/07 02/120

2

4 Perm

ittivity εr5

10

15

20



0,25 m1,80 m 4,40 m3,30 m

0,70

m

60°

9,75 m

Entlüftungs-

u. Druck-leitung12 x 1,5 mm

Druck-kammer

0,35 mMgO-Beton-sockel

0,35 m

MgO-Beton-Verfüllung

3,50

m

Versuchsziele:• Einbau von MgO-Beton als Spritzbeton (Trockenspritzbauweise)• Vergütung der Kontaktzone mit 2K-Bitumen & Kunstharz• Behandlung der ALZ• Belastung durch Flüssigkeitsdruck Lastabtrag über Geometrie, Permeabilität• Gewinnung von Proben nach Flüssigkeitsbelastung (Rückbau)

1,8 m 4,4 m3,3 m

0,7

m

9,5 m

60°3,5 m

Dru

ckka

mm

erFl

üssi

gkei

tsdr

uck

2,8 m

Kabelsensoren MFPA

1,8 m 4,4 m3,3 m

0,7

m

9,5 m

60°3,5 m

Dru

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erFl

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2,8 m

Kabelsensoren MFPA



0,25 m1,80 m 4,40 m3,30 m

0,70

m

60°

9,75 m

Entlüftungs-

u. Druck-leitung12 x 1,5 mm

Druck-kammer

0,35 mMgO-Beton-sockel

0,35 m

MgO-Beton-Verfüllung

3,50

m

1,8 m 4,4 m3,3 m

0,7

m

9,5 m

60°

3,5 m

Dru

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2,8 m

Kabelsensoren MFPA

1,8 m 4,4 m3,3 m

0,7

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9,5 m

60°

3,5 m

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2,8 m

Kabelsensoren MFPA


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TDR-Messungen in Untertageverschlussbauwerken im Salzgestein · 2008-10-13 · 2,40 m 3,00 m 0,20 m 0,40 m Messebene ME 1 Messebene ME 2 Ringleitungen zum Verpressen der Kontaktfläche