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Haftreibung

Spannungsverhältnisse an einer druckbeaufschlagten Störungsfläche (Prinzip). Quelle: Rüter

Haftreibung bzw. Haftung ist eine physikalische Kraft, die zwei sich berührende Körper daran hindert, sich gegeneinander zu verschieben (Scherung). Die durch Haftreibung hervorgerufene maximale Haltekraft (Ruhereibung) FH ist abhängig von der Normalkraft FN  (Normalspannung) und von der Haftreibungszahl (siehe auch Reibungskoeffizient) μH.

Bedeutung in der Geothermie

In der Tiefengeothermie stellt sich die Frage, wann eine Bewegung auf einer Störungsfläche im Untergrund stattfinden kann (Mikro- Erdbeben). Es spielt die Scherspannung eine Rolle, denn sie muss größer sein als die Haftreibung. Die Haftreibung ist gegeben durch die Rauhigkeit der Störfläche (Reibungskoeffizient) und die Normalspannung. Aus dem Spannungsfeld spielen demnach zwei Komponenten eine Rolle:

  1. Die Scherspannung in der Ebene der Störung oder Kluft als Antrieb für die Scherung
  2. Die Normalspannung senkrecht zur Kluft als maßgeblich für die Reibung zur Verhinderung der Scherung.

Eine Scherung kann damnach entweder durch Erhöhung der Scherspannung oder Verkleinerung der Normalspannung ausgelöst (induziert) werden. Sowohl die Scherspannungen als auch die Normalspannung ist abhängig von der Orientierung der Kluft im Spannungsfeld. 

Bei wassergefüllten Klüften vermindert der Innendruck der Füllung (Porendruck, hydrostatischer Druck) die durch die Gesteinsauflast (lithostatischer Druck) und tektonisch bedingte Normalspannung. Eine Erhöhung des Porendrucks (durch Wasserinjektion) kann also eine Scherung auslösen.

Das Wechselspiel von Haftreibung, Gleitreibung und Scherbewegung zusammen mit der Dynamik und Kinematik der beteiligten Massen führt zu ruckartigen Scherungen mit Ruhephasen (stop and go), oft beschrieben durch 'sledge and spring'- Modelle. Diese ruckartigen Scherungen sind mit seismischen Ereignissen verknüpft.

Literatur

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Cooke, M. L. : Fracture localization along faults with spatially varying friction. In: J Geophys Res Nummer 102 (B10): (1997), S. 22425–22434 

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McClure MW, Horne RN.: Investigation of injection-induced seismicity using a coupled fluid flow and rate/state friction model. In: Geophysics Nummer 76 (2011), S. WC181-WC98 

Plenefisch, T., & Bonjer, K.: The stress field in the Rhine Graben area inferred from earthquake focal mechanisms and estimation of frictional parameters. In: Tectonophysics Nummer 275 (1-3) (1997), S. 71-97 

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Suto, Y., Takahashi, H.: Effect of the load condition on frictional heat generation and temperature increase within a tri-cone bit during high-temperature formation drilling. In: Geothermics Nummer 40(4) (December 2011), S. 267-274 

Yoon JS, Zang A, Stephansson O.: Simulating fracture and friction of Aue granite under confined asymmetric compressive test using clumped particle model. In: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Nummer 49 (2012), S. 68-83 

Weitere Literatur siehe unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank.

Weblink

http://de.wikipedia.org/wiki/Haftreibung

zuletzt geändert Januar 2020