Beurteilung der geomechanischen Stabilität und Integrität von Endlagerbergwerken im Salzgebirge auf der Grundlage geologischer und ingenieurgeologischer Untersuchungen

Abstract

Any safety assessment of a permanent repository for radioactive waste has to include an analysis of the geomechanical stability of the repository and integrity of the geological barrier. Such an analysis is based on geological and engineering geological studies of the site, on laboratory and in-situ experiments, and on numerical calculations. Central part of the safety analysis is the geomechanical modelling of the host rock. The model should simulate as closely as possible the conditions at the site and the behaviour of the rock (e.g., geology, repository geometry, initial rock stress, and constitutive models). On the basis of the geomechanical model numerical calculations are carried out using the finite-element method and an appropriate discretization of the repository and the host rock. The assessment of the repository stability and the barrier integrity is based on calculated stress and deformation and on the behaviour of the host rock measured and observed in situ. An example of the geomechanical analysis of the stability and integrity of the Bartensieben mine, a former salt mine, is presented. This mine is actually used as a repository for low level radioactive waste. The example includes all necessary steps of geological, engineering geological, and geotechnical investigations.

Die erforderlichen Sicherheitsnachweise für Endlager für radioaktive Abfälle umfassen insbesondere die geomechanische Beurteilung der Standsicherheit der Anlage und der Integrität der geologischen Barriere. Dazu sind geologische und ingenieurgeologische Standortuntersuchungen, Laborversuche, In-situ-Untersuchungen und numerische Berechnungen erforderlich. Kernstück des Sicherheitsnachweises ist die Erstellung eines geomechanischen Modells, das möglichst realitätsnah die Situation am Endlagerstandort und das Gebirgsverhalten (z.B. geologische Struktur, Hohlraumgeometrie, primäre Gebirgsspannungen, Materialmodelle) beschreibt. Auf der Grundlage des geomechanischen Modells ist ein Finite-Elemente-Modell zu erstellen, das eine zweckmäßige Diskretisierung des betrachteten Gebirgsbereiches und die Wahl geeigneter Randbedingungen und Lasteinwirkungen umfasst. Mit diesem Modell werden die durch das Endlager im Gebirge verursachten Spannungs- und Verformungszustände berechnet und zusammen mit den Ergebnissen aus In-situ-Messungen, aus örtlichen Beobachtungen und aus Laborversuchen zur Beurteilung der Stabilität und Integrität des Endlagers herangezogen. Die prinzipielle Methodik eines Integritätsnachweises wird exemplarisch für das ehemalige Salzbergwerk Bartensieben erläutert, das als Endlager für schwach radioaktive Abfälle genutzt wird. Dazu werden die erforderlichen geologischen Grundlagen und das daraus abgeleitete geomechanische Modell sowie die in Modellberechnungen ermittelten Spannungs- und Verformungszustände im Gebirge dargestellt. Stabilität und Integrität der Salzbarriere werden anhand dieser Ergebnisse und verschiedener geomechanischer Kriterien bewertet.