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Disking von Bohrkernen

Disking eines Bohrkerns. Quelle: Bock

Geologisch-geotechnische Felduntersuchungen werden häufig im Verein mit Aufschlussbohrungen durchgeführt. Werden derartige Bohrungen nach EN ISO 22475-1 (2005) mit durchgehendem Kerngewinn der Kategorie A ausgeführt, ergeben sich aus den erbohrten Kernen ggf. Hinweise auf den in situ  Spannungszustand des Gebirges. Eine intensive Zerlegung der erbohrten Kerne in diskenförmige Scheiben wird allgemein als „Disking“ bezeichnet und als Indiz für hohe in situ Gebirgsspannungen gewertet.

Auftretensformen

Diskenähnliche Kernbruchstücke wie beim Disking können auch durch ausgeprägte Gesteinsgefüge (z.B. Schichtung, Schieferung)
verursacht sein und sind dann mitunter schwer vom spannungsinduzierten Disking zu unterscheiden. 

Aus der Form der Gesteinsdisken und dem Grad der Zerlegung kann auf die Orientierung und Größe der in situ Spannungen geschlossen werden. Radialsymmetrische konvexe, flache oder konkave Disken weisen auf vergleichsweise einheitliche Gebirgsspannungen quer zur Bohrlochachse hin, in vertikalen Bohrungen also auf σungefahr gleich σh Sattel-, blumenblatt- und besenförmige Disken hingegen sind ein Indiz für eine signifikante Anisotropie der in situ Spannungen, in vertikalen Bohrungen also ein Hinweis auf σH groß gegen σ. Hierbei ist die Achse der Sattel- bzw. Besenstruktur parallel zur Richtung der größten Spannung angeordnet, in vertikalen Bohrungen also in Richtung von σH.

Hinsichtlich der Intensität des Diskings gilt allgemein, dass je dünner die Disks um so höher die in situ Spannungen quer zur Bohrlochachse (Song & Haimson 1999). Eine Präzisierung dieser Abhängigkeit ist jedoch nach heutiger Kenntnis kaum möglich, da die Intensität des Diskings von zahlreichen, schwer quantifizierbaren Parametern abhängt, z.B. von der Bruchzähigkeit des Gesteins, der Initiierung und der Art der Ausbreitung der Bruchfläche des Disks, der Art des Bohrens, der Bohrausrüstung, der Größe und dem Besatz der Bohrkrone und nicht zuletzt von der Qualität der Bohrmannschaft.  

Interpretation

Die Interpretation des Diskings mit ihren Rückschlüssen auf den verursachenden in situ Spannungszustand hängt maßgeblich von dem Grad des mechanischen Verständnisses zur Entstehung des Diskings ab. Es ist dabei eine komplexe Geometrie am Ende eines Bohrlochs zu berücksichtigen, die bei anisotropen Gebirgsspannungen eine 3-D Modellierung erfordert. Dies ist nur noch mit Hilfe numerischer Lösungen machbar. Ein Beispiel ist die Finite Element Studie für isotrope und anisotrope Horizontalspannungszustände nach Zhang (2011). Danach entwickeln sich für den isotropen Fall im Kernstumpf sehr hohe Zugspannungen, und der Bruch wird in der Mitte des Kernstumpfes initiiert. Für den anisotropen Fall geht der Bruch hingegen eher vom Rand der Kerns aus. 

Literatur

H. Bock, Arbeitsbericht NAB 14-30 „Oberflächennahe Spannungsmessungen in der Nordschweiz und den angrenzenden Gebieten“ 2014

Song, I. & Haimson, B. (1999). Core disking in Westerly granite and its potential use for in situ stress estimation. – In: Amadai, B., Kranz, R. & Scott, G. (eds.): Rock mechanics for industry, Proceed. 37th US Rock Mech. Sympos., 1172-1180, Vail (Balkema). 

Zhang, L. (2011). Three-dimensional numerical models of drilling induced core fractures, Physics, 1-276, Edmonton (Univ. of Alberta). 

zuletzt bearbeitet April 2020