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Hauptspannung

Normal- (σ) und Scher- (τ) Spannungskomponenten auf einer xy-Ebene der Oberfläche eines Festkörpers. Quelle: TLE 34/8 Kamei et al.

Die Hauptspannung ist eine Komponente des Tensors der Gebirgsspannung. Physikalisch ist es eine Kraft/Fläche mit der Dimension Pascal (Pa m^-2). Es ist zwischen Normalspannungen und Scherspannungen zu unterscheiden.

Der Spannungszustand an einem Punkt eines Systems wird vollständig durch Normal- und Schubspannungskomponenten in Bezug auf ein rechtwinkliges Koordinatensystem (XYZ) definiert. Im Allgemeinen ändern sich die Werte der Spannungskomponenten, wenn das Koordinatensystem gedreht wird.

Bei einer bestimmten Ausrichtung (X’Y’Z’) gehen alle Schubspannungen verloren, und der Spannungszustand wird vollständig durch 3 Normalspannungskomponenten definiert.

Diese 3 Normalspannungskomponenten werden als Hauptspannungen und die entsprechenden Referenzachsen (X’Y’Z’) als Hauptachsen bezeichnet.

Ab einer gewissen Tiefe ist meist die vertikale Haupspannung die größte und entspricht in etwa dem lithostatischen Druck durch das Gewicht der überlagerten Gebirges.

Eine besondere Bedeutung hat die Betrachtung der horizontalen Hauptspannungen insbesondere im Zusammenhang mit der induzierten Seismizität aber auch mit der hydraulischen Stimulation. Die kleinste horizontale Hauptspannung bestimmt, ab welchem Innendruck sich neu Klüfte im Gebirge öffnen können. Der Innendruck muss die Normalspannung + die Zugfestigkeit des Gesteins überschreiten. Die Rissöffnung ist dann in Richtung der kleinsten Horizontalspannung. Die Rissausbreitung ist senkrecht dazu, also in Richtung der größten horizontalen Hauptspannung. Wenn die vertikale Hauptspannung die größte Hauptspannung ist stehen die Klüfte mehr oder weniger senkrecht.

Bei der Betrachtung des Öffnens (Reaktivierung) vorhandener Klüfte sind die Komponenten der Hauptspannungen in Richtung der vorhandenen Kluft und senkrecht dazu zu betrachten.