³Ô¹ÏÍø

Hintergrund

Das langjährige internationale Forschungsprojekt DEvelopment of COupled models and their VALidation against EXperiments (DECOVALEX) hat die Weiterentwicklung von gekoppelten thermo-hydro-mechanisch-chemischen Modellen ³Ô¹ÏÍø Ziel, um die Entwicklung von geologischen Entsorgungsoptionen für radioaktive Abfälle, Geothermie oder anderen Geotechnologien zu unterstützen. Die Gewinnung von Erkenntnissen über die relevanten physikalischen und chemischen Prozesse, ihren relativen Einfluss und ihre gegenseitigen Abhängigkeiten steht dabei im Vordergrund. Kern der Initiative ist der Vergleich der Ergebnisse diverser numerischer Prozessmodelle mit aufwändigen Experimenten aus einem breiten Spektrum von Labor- bis hin zu großmaßstäblichen Feldversuchen ³Ô¹ÏÍø Zwecke der Modellentwicklung und -validierung (für weitere Informationen besuchen Sie bitte decovalex.org).

Hier an der Technischen ±«²Ô¾±±¹±ð°ù²õ¾±³Ùä³Ù Bergakademie Freiberg beteiligen wir uns an diesem Projekt, indem wir die quelloffene Software OpenGeoSys weiterentwickeln und verwenden, um beispielsweise die HTV-Experimente, die im Rahmen des Mt. Terri Sandwich-Projekts durchgeführt werden, zu modellieren. Dieses Projekt untersucht das Sandwich-Schachtabdichtungssystem, das aus abwechselnd abdichtenden (z.B. Bentonit) und ausgleichenden Segmenten (z.B. Sand, der eine höhere hydraulische Leitfähigkeit besitzt) besteht. Die Schichtstruktur verteilt eindringende Flüssigkeit gleichmäßig über den Querschnitt des Schachtes. Dies führt zu homogener Sättigung und Quellung der Dichtsegmente, was wiederum den Flüssigkeitsstrom zwischen Wirtsgestein bzw. Oberfläche und Endlager begrenzt. Während er das Sandwich-Dichtungssystem nachahmt, schließt der HTV-Aufbau die Lücke zwischen kleinmaßstäblichen Laborversuchen und den In-situ-Versuchen, die im Schweizer Untertage-Forschungslabor in Mt. Terri durchgeführt werden, indem er einen halbtechnischen Maßstab anwendet und gleichzeitig kontrollierte Randbedingungen aufrechterhält.

Ziel dieser Experimente und ihrer Modellierung ist es insbesondere, zu verstehen, mit welchen multiphysikalischen Ansätzen die Porendruckentwicklung und Spannungsumlagerung infolge der Bentonitquellung in einem Sandwich-Dichtungssystem berechnet werden können. Das Hauptziel der Simulation der HTV-Tests besteht darin, den Anstieg des Quelldrucks unter Einschluss zu untersuchen, der das Material verdichtet, den Porenraum verkleinert und somit den Flüssigkeitsstrom verringert. Von besonderem Interesse bei der Skalierung von Labor- zu Felddaten sind der Einfluss der Wandreibung und inhomogene irreversible Verdichtungseffekte. Dafür entwickeln wir Modelle, die das hydraulische und mechanische Verhalten von Bentonit bei ungesättigten Verhältnissen beschreiben können. Nicht nur die Beschreibung der individuellen Prozesse durch Bilanzrelationen und konstitutive Beziehungen, sondern gerade deren Kopplung stellt dabei eine besondere Herausforderung dar, da dabei u.a. unterschiedliche räumliche und zeitliche Skalen berücksichtigt werden müssen. Die Modellierungsergebnisse werden mit Messungen des Flüssigkeitsdrucks und der Sättigung sowie der radialen und axialen Spannungen im gesamten Aufbau verglichen. Durch die Modellierung solcher Experimente im halbtechnischen Maßstab wird das Verständnis und die Fähigkeit der Modelle in Bezug auf die beteiligten Prozesse getestet, verbessert und demonstriert.

Das Projektteam der TUBAF wird finanziert von der Bundesgesellschaft für Endlagerung BGE.