Bodenmechanische Charakterisierung der Scherfestigkeit von Braunkohlen des Mitteldeutschen Reviers

245© 2012 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · geotechnik 35 (2012), Heft 4

Dieser Aufsatz beinhaltet die experimentelle Ermittlung vonScherfestigkeitsparametern an Braunkohle aus dem mitteldeut-schen Revier. Hauptuntersuchungsgegenstand waren die klein-und mittel- bis grobstückigen Kohlevarietäten (Gelbe Kohle, Brau-ne Kohle) des Flözes 23 im Tagebau Profen/Schwerzau. Die ermit-telten Werte der Scherfestigkeit dienen dazu, bisher bei Stand -sicherheitsuntersuchungen verwendete Kennwerteansätze zuverifizieren sowie einen möglichen Unterschied in der Scherfes-tigkeit zwischen der Braunen Kohle und der in Bänderung auftre-tenden Gelben Kohle festzustellen. Es wurden Triaxialversucheund in situ Scherversuche durchgeführt. Aufgrund der empfindli-chen Struktur der kleinstückigen Kohlevarietät waren besondereMaßnahmen bei Probenahme und Probenvorbereitung erforder-lich. Es wurde kein signifikanter Unterschied in der Scherfestig-keit zwischen der Braunen und Gelben Kohlevarietät festgestellt.Die aus Triaxial- und in situ Scherversuch bestimmten Scherfes-tigkeiten unterscheiden sich, was zum einen mit der unterschied-lichen Struktur der untersuchten Kohle (kleinstückig vs. mittel-/grobstückig) als auch mit den unterschiedlichen Randbedingun-gen der Versuche begründet werden kann. Die Scherfestigkeitenwurden denen von erdig-mulmiger Kohle aus der Literatur ver-gleichend gegenübergestellt.

Characterisation of shear strength of brown coal from central Germany This paper deals with experiments which were performed to determine the shear strength parameters of different varieties ofBrown Coal (lignite) from central Germany. Object of investigationwere the lignitic coal varieties with fragmentary structure (YellowCoal and Brown Coal) of seam 23 in the Profen/Schwerzau mineand the compact coal of seam 1 in the Profen mine. The deter-mined shear strength values were aimed at verifying the parame-ters used for stability analysis so far as well as for determiningpossible differences in shear strength between the Yellow Coaland Brown Coal varieties. An experimental program was realizedincluding triaxial and in-situ shear tests. The sampling and thespecimen preparation for laboratory testing required specialmeasures due to the sensitive structure of the coal variety withfragmentary fabric. The shear strength of the variety Yellow Coaland Brown Coal was found to be nearly identical. However, theshear strength as determined from triaxial tests and in-situ sheartests differ from each other, which can be explained by the differ-ent structure of the material tested (small-fragmentary structureversus medium/large-fragmentary structure) at the one hand andby the different boundary conditions during the test.

1 Motivation

Das hier vorgestellte Forschungsvorhaben beinhaltet dieDurchführung eines Versuchsprogramms zur Ermittlungvon Scherfestigkeitsparametern an verschiedenen Varietä-ten von Braunkohle aus dem mitteldeutschen Revier. Da-zu wurden triaxiale Labor- sowie in situ Scherversuchedurchgeführt. Hauptuntersuchungsgegenstand waren diekleinstückigen und mittel- bis grobstückigen Kohlevarietä-ten des Flöz 23 im Tagebau Profen. Zusätzlich wurdenTriaxialversuche an Proben der Bankkohle durchgeführt.Die ermittelten Werte der Scherfestigkeit dienen dazu, bis-herige bei Standsicherheitsuntersuchungen verwendeteKennwerteansätze zu verifizieren. Die Ergebnisse der anden Proben der kleinstückigen Kohle durchgeführtenTriaxialversuche sollen des Weiteren darüber Aufschlussgeben, ob sich die Scherfestigkeit der Braunen Kohle unddie Scherfestigkeit der innerhalb der Braunen Kohle indünnen Schichten auftretenden Gelben Kohle signifikantunterscheiden. Zur Ermittlung der Scherfestigkeit der mit-tel- bis grobstückigen Varietät wurden drei in situ Scher-versuche durchgeführt, da normale Triaxialversuche auf-grund der groben Stückigkeit keine zuverlässigen Ergeb-nisse liefern und die Gewinnung einer ungestörten Groß-probe für prinzipiell denkbare Großtriaxialversuche nichtdurchführbar war. Im Folgenden wird das Versuchspro-gramm bzw. die Versuchsdurchführung erläutert und dieInterpretation der experimentellen Ergebnisse vorgestellt.Letztere beinhaltet auch einen Vergleich mit Scherfestig-keiten von erdig-mulmiger Kohle aus der Literatur [1], wel-che im Labor mittels Triaxialversuchen und direktenScherversuchen (Kastenschergerät) ermittelt wurden.

2 Untersuchungsmaterial

Braunkohle ist ein organisches Sediment, das durch dieAblagerung, Absenkung und anschließende Überdeckungmit jüngeren Sedimenten entstanden ist. Wegen des gerin-gen Anteils an geordnetem Kohlenstoff und des hohen An-teils an amorphem Material hat Braunkohle eine weniggeordnete Struktur. Sie ähnelt mehr der offenen Karten-hausstruktur eines sensitiven Tons als der eines überver-dichteten Tons. Allerdings unterscheidet sich die Strukturder Braunkohle von der des sensitiven Tons dadurch, dassdie Materie der Braunkohle kettenförmig verbunden ist,wohingegen die Verbindung bei Ton plattenähnlich ist,

Fachthemen

Bodenmechanische Charakterisierung der Scherfestigkeit von Braunkohlen des Mitteldeutschen Reviers

Wiebke Baille Wolfgang SandnerGottfried SawadeHermann SchadTom Schanz

DOI: 10.1002/gete.201200007

wodurch ein unmittelbarer Zusammenhalt zwischen denStrukturelementen der Braunkohle gegeben ist. Der Po-renraum setzt sich aus feinen Mikroporen (innerhalb ei-nes Aggregates; wenige nm Durchmesser) und Großporen(zwischen den Aggregaten; wenige µm Durchmesser) zu-sammen, wobei letztere den größeren Anteil am Gesamt-porenraum bilden. Das in der Braunkohle enthalteneWasser tritt als freies Wasser hauptsächlich in den Groß-poren auf [2].

Die Probenahme der ungestörten Proben als auchder in situ Scherversuch erfolgten in Flöz 23 des TagebausProfen, der sich ca. 30 km südwestlich von Leipzig imGrenzbereich von Sachsen und Sachsen-Anhalt befindet.Die mitteldeutschen Braunkohlen, und so auch die in denFlözen 1 und 23 des Tagebaus Profen anstehenden Orga-nite, sind innerhalb der Inkohlungsreihe den (Weich-)Braunkohlen zuzuordnen. Aus geomechanischer Sichtwerden die Braunkohlen im mitteldeutschen Revier in er-dig-mulmige Kohle, stückige Kohle und Bankkohle unter-schieden. Die erdig-mulmige Kohle ist eine kryogen-struk-turgestörte Kohle, d. h., das ursprünglich bankige oder stü-ckige Gefüge wurde während der Elster- und Saalekaltzeitdurch Gefrieren und anschließendes Wiederauftauen zer-stört. Mulmige Kohle wird als homogene, weiche, erdigeSubstanz beschrieben und ihre Struktur ist der eines bin-

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W. Baille/W. Sandner/G. Sawade/H. Schad/T. Schanz · Bodenmechanische Charakterisierung der Scherfestigkeit von Braunkohlen des Mitteldeutschen Reviers

geotechnik 35 (2012), Heft 4

digen Lockergesteins ähnlich. Stückige Kohle bildet dengrößten Anteil innerhalb der Lagerstätte. Anhand der Grö-ße der mit bloßem Auge erkennbaren Struktur wird sie inkleinstückig (< 1cm) bis grobstückig (> 10 cm) unterteilt.Stückige Kohle ist schwach geschichtet und die Strukturder inkohlten Substanzen, d. h. der Bäume, ist teilweise er-kennbar. Bankkohle ist nur in den tieferen Bereichen derLagerstätte anzutreffen. Sie ist schwach geschichtet undals strukturlose und harte Substanz zu beschreiben. Diebodenmechanischen Kennwerte der Kohle werden haupt-sächlich durch die stofflich-strukturellen Eigenschaften,d. h. den Lithotyp und den Rohkohlenwassergehalt be-stimmt. Die kohlenchemische Zusammensetzung, mitAusnahme des Aschegehaltes ist hinsichtlich der Auswir-kung auf die bodenmechanischen Parameter vernachläs-sigbar [3], [4].

Bild 1 (a) enthält den geologischen Schnitt im Be-reich der Entnahme der ungestörten Proben der klein -stückigen Kohle (Standort 1), Bild 1 (b) zeigt den entspre-chenden Schnitt für die in situ Scherversuche (Stand-ort 2), wobei die Schnittrichtung identisch mit der Rich-tung der aufgebrachten Horizontalkraft ist und senkrechtzur Böschung verläuft.

In Flöz 23, welches stratigraphisch im Mitteleozänbis Unteroligozän einzuordnen ist, dominiert die Varietät

Bild 1. Geologische Profile des Tagebaus Profen (a) im Bereich der Probenentnahme für die Triaxialversuche, (b) im Bereichdes in situ ScherversuchsFig. 1. Geological section of Profen mine (a) at the sampling point of the block samples for triaxial testing, (b) at the site ofthe in situ shear test

https://www.researchgate.net/publication/245409407_The_Mechanics_of_Brown_Coal?el=1_x_8&enrichId=rgreq-95972805b31f12f2cc09310c21fe9c84-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzIzNDg4MjU0MTtBUzoxMDUwODE5MDcxODc3MTRAMTQwMjA2NDg4NzgxMA==

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der Braunen Kohle (BrK). Sie ist zu 3/4 am Flözaufbau be-teiligt. Die Gelbe Kohle (GeK) durchsetzt die Braune Koh-le in cm- bis dm-mächtigen Schichten (Bild 2). Die GelbeKohle an Standort 1 wurde als ungeschichtet und pleisto-zän leicht beeinflusst, mit einer kleinstückigen bis mulmi-gen, schwach mittelstückigen Struktur angesprochen. DieBraune Kohle wurde als pleistozän leicht beeinflusst mitschwacher Schichtung angesprochen. Sie zeigt einekleinstückige bis mulmige, teilweise kleinstückige bis mit-telstückige sowie schwach mulmige Struktur. Beide Koh-levarietäten weisen schwache Retinitsprenkel und schwa-che Pyrit-Kluftfüllungen auf. Die an vier Proben ausStandort 1 im firmeneigenen Kohlelabor der MIBRAGmbH bestimmten Rohkohlenwassergehalte betrugen53,6 %, 53,9 %, 54,2 % und 54,6 %. Es ist anzumerken,dass der Rohkohlenwassergehalt im Gegensatz zu derKonvention in der Bodenmechanik als Verhältnis derMasse des Wassers mw zur Feuchtmasse m der Probe, d. h.w = mw/m, definiert ist [5].

Im Bereich des in situ Scherversuches (Standort 2)war die Kohle als pleistozän unbeeinflusste Kohle vonmittel- bis grobstückiger Struktur anzusprechen. Es lag eine visuell erkennbare schwache Schichtung mit einemEinfallen von ca. 13° in Richtung der Horizontalschub-kraft am Scherring vor. Der Rohkohlenwassergehalt derdort anstehenden Kohle wurde an zwei Proben zu 50,5und 52,9 % bestimmt. Die Rohkohlenaschegehalte anStandort 1 und Standort 2 sind identisch, ihr Mittelwertbeträgt ca. 5,4 %.

Die im Tagebau Profen, Flöz 1, Unterflöz/UnterbankBereich Liegendpartien, Kessel F (im Weiteren als Stand-ort 3 bezeichnet) gewonnenen gestörten Proben sind hin-sichtlich der stratigraphischen Einteilung dem Mitteleo-zän zuzuordnen. Aus geomechanischer Sicht gehören sieder Bankkohle an, ihr Rohkohlenwassergehalt betrug49,9 %.

3 Triaxialversuche3.1 Probenahme

Zur Untersuchung der Braunen und Gelben Kohlen anStandort 1 wurden insgesamt 27 ungestörte Proben und 7

gestörte Proben aus Flöz 23 (Tagebau Profen, AbbaufeldSchwerzau, 3. Schnitt, östliche Randböschung) gewonnen.Durch die überwiegend kleinstückige Erscheinungsformwar eine standardgemäße Entnahme ungestörter Proben,z. B. mittels Ausstechzylinder oder Bohrkern, nicht mög-lich. Um dennoch ungestörte Proben gewinnen zu können, wurden Blockproben nach der im Folgenden be-schriebenen Vorgehensweise entnommen. Zunächst wur-de der Horizont markiert, aus dem die Proben entnom-men werden sollten, anschließend wurde der oberflächen-nahe Bereich der Böschung böschungsparallel abgetragen,um die Probenahme in einem unverwitterten Anschnittder Böschung sicherzustellen. Die einzelnen Probenblö-cke (Länge ca. 30 cm, Tiefe ca. 25 cm, Höhe ca. 30 cm)wurden entsprechend der jeweiligen Markierung mittelsKettensäge aus der Böschung herausgetrennt. Vor demluftdichten Verpacken eines jeden Blocks wurde dessenursprüngliche Orientierung in der Böschung auf demBlock markiert. In einem letzten Arbeitsschritt wurden dieluftdicht verpackten Proben in Transportkisten verpackt,wobei der Zwischenraum zwischen Probe und Wandungmit Sand ausgefüllt wurde. Bild 3 zeigt einen fast vollstän-dig aus der Böschung herausgesägten Probenblock. Vonden 27 ungestörten Proben konnten sechs Blöcke aus-schließlich der Varietät Gelbe Kohle (GeK), und neunBlöcke ausschließlich der Varietät Braune Kohle (BrK) zu-geordnet werden. Um insgesamt eine repräsentative An-zahl an Probekörpern zu erhalten, wurden auch 12 Pro-benblöcke entnommen, die nicht ausschließlich einer der beiden Varietäten zugeordnet werden konnten, son-dern aus Material der beiden Varietäten bestehen (BrK/GeK).

Aus der Bankkohle an Standort 3 ließen sich auf-grund der hohen Festigkeit und Kompaktheit der anste-henden Kohle keine Probenblöcke mittels Kettensäge heraustrennen. Eine Schichtung oder Klüftung war eben-falls nicht erkennbar. Es wurden deshalb drei blockförmi-ge, lose auf der Böschung liegende Kohlestücke als gestör-te, orientierungslose Proben entnommen. Aus diesemGrund werden die ermittelten Scherfestigkeitswerte derBankkohle als Anhaltswerte gezeigt, aber nicht in die ver-gleichende Diskussion einbezogen.

Bild 2. Böschungsanschnitt mit sichtbarer Bänderung derGelben Kohle innerhalb der Braunen KohleFig. 2. Slope with banding of the Yellow Coal within theBrown Coal

Bild 3. Fast vollständig aus der Böschung herausgetrennterProbenblockFig. 3. Nearly completely cutted sample block

3.2 Probenvorbereitung

Bei der Probenvorbereitung war es infolge der Klein -stückigkeit und Brüchigkeit der Kohle zunächst nicht ge-lungen, aus den Probeblöcken von Standort 1 zylindrischeProben für die Triaxialversuche herauszuarbeiten. Des-halb wurden bei der Probenbearbeitung und -vorbereitungzum Einbau in das Versuchsgerät ebenfalls besondereMaßnahmen erforderlich. In einem ersten Schritt wurdeder jeweilige Probenblock in einem speziell angefertigtemMetallbehälter mit flüssigem Stickstoff übergossen und soin einen gefrorenen Zustand versetzt. Auf diese Art war esmöglich, die Kohle sehr rasch und ohne Bildung von Eis-linsen und Aufsprengungen einzufrieren. Der schockgefro-rene Kohleblock wurde in einer Gefriertruhe bei –20bis –30 °C zwischengelagert. Mittels Wasserstrahltechnik

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(Bild 4) wurde dann aus dem gefrorenen Block ein Zylin-der mit einem Durchmesser von 10 cm herausgeschnitten,der anschließend manuell auf die erforderliche Länge von20 cm zugesägt wurde. Dabei wurde entsprechend derISRM-Empfehlung [6] vorgegangen, um Planparallelitätund Ebenheit der Schnittflächen zu gewährleisten. Biszum Einbau in die Triaxialzelle verblieben die Proben ineiner Gefriertruhe. Bild 5 zeigt eine gefrorene Probe vordem Einbau in das Versuchsgerät, Bild 6 zeigt exempla-risch den Querschnitt einer nach Versuchsende ausgebau-ten Probe.

3.3 Versuchsprogramm

Zur Ermittlung der Scherfestigkeit der kleinstückigenKohle an Standort 1 wurden Triaxialversuche durchge-führt. Tabelle 1 zeigt eine Übersicht der durchgeführtenVersuche, ihre Versuchsrandbedingungen sowie die Ein-bauparameter. Insbesondere von der Varietät der GelbenKohle konnten nur in geringer Zahl Proben entnommenwerden. Deshalb wurden neben den standardgemäßenEinzelversuchen auch dreiaxiale Druckversuche als Mehr-stufenversuche angewendet. Um den ursprünglichenSpannungszustand der Proben innerhalb der Böschung zuerfassen, wurden die Proben unter anisotropen Bedingun-gen konsolidert. Als Konsolidationsverhältnis K wurdeK = 0,7 und K = 0,5 festgelegt, wodurch ein möglicher Ein-fluss des Konsolidationsverhältnisses auf die Scherfestig-keit untersucht werden konnte. Die Proben wurden mit ihrem natürlichen Wassergehalt eingebaut und mit einerSchergeschwindigkeit von v = 0,01 mm/min abgeschert.

3.4 Versuchsdurchführung3.4.1 Einzelversuche

Die Einzelversuche (EV) wurden gemäß DIN 18137, Teil 2[7] durchgeführt. Die zugeschnittenen Probekörper wur-den in gefrorenem Zustand in das Triaxialgerät eingebaut.Nach dem Einbau taut die Probe unter einer isotropenSpannung von σ1 = σ3 = 15 kN/m² bei geöffnetem Poren-

Bild 4. Zuschnitt eines Zylinders aus gefrorenem Proben-block mittels WasserstrahlschneidenFig. 4. Water jet cutting of a cylindric specimen out of thequick-frozen sample block

Bild 5. Gefrorene Probe vor dem EinbauFig. 5. Frozen specimen before testing

Bild 6. Bruchfläche einer Probe (Gelbe Kohle, MV, K = 0,5)nach dem Versuch, mit gut erkennbarer StückigkeitFig. 6. Section of a specimen (Yellow Coal, multiple-stagetest, K = 0.5) after testing with visible fragmentary fabric

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wassersystem auf. Nach ca. 20 bis 24 h folgte dieser Phasedie eigentliche drainierte Konsolidationsphase bei dementsprechenden gewählten KonsolidationsverhältnisK = σ3/σ1. Die Hauptspannungen σ3 und σ1 wurden kon-tinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit auf den jewei-ligen Zielwert erhöht. Die Dauer der Konsolidationsphaserichtete sich nach dem Abklingen des Hauptanteils derPrimärsetzung, dies war in der Regel nach 24 h der Fall.Im Anschluss an die Konsolidierungsphase wurde die Pro-be unter Erhöhung der axialen Hauptspannung σ1 beikonstanter radialer Hauptspannung σ3 bis in den Nach-bruchbereich abgeschert. Für die Ermittlung der Scherpa-rameter wurden die Spannungszustände verwendet, diesich jeweils aus der maximalen erreichten Axialspannungσ1 bei den jeweiligen Radialspannungen σ3 = 25, 50 und100 kN/m² ergaben. Es ist anzumerken, dass die maxima-le erreichte Axialspannung σ1 bei der Radialspannung von25 kN/m² aus den entsprechenden Mehrstufenversuchenstammt, die nachfolgend beschrieben werden.

3.4.2 Mehrstufenversuche

Die Mehrstufenversuche (MV) wurden entsprechend derDGEG-Empfehlung Nr. 12 zur Mehrstufentechnik beidreiaxialen Druckversuchen und direkten Scherversu-

chen durchgeführt [8]. Der Probeneinbau und die Konsoli-dationsphase verliefen analog der Einzelversuche. DerUnterschied zu den Einzelversuchen besteht darin, dassein und dieselbe Probe jeweils mit mindestens drei Span-nungsstufen beaufschlagt wird. Aus diesem Grund werdendie erste und zweite Scherphase nicht bis zum vollständi-gen Bruch der Probe durchgeführt, sondern die Scherpha-se wird kurz vor dem Erreichen des Bruches abgebrochen.Abbruchkriterium war das eindeutige Erreichen einer kon-stanten Scherspannung bei fortschreitendem Verschie-bungsweg. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Abscheren un-terbrochen, die Axialspannung σ1 auf ihren Wert zu Be-ginn der Scherphase abgemindert und anschließend mitder nächsten Konsolidationsstufe begonnen, der dann wie-derum eine Scherphase folgte. Dieses Belastungsregimewiederholte sich für die jeweils gewählten Radialspannun-gen σ3 zwischen 25 und 200 kN/m². Das Abscheren derProben der Bankkohle erforderte wesentlich höhere Axial-spannungen, die Bestimmung der Scherparameter erfolgtebei Radialspannungen σ3 zwischen 100 und 300 kN/m².

Bei allen Triaxialversuchen (EV und MV) wurdendie Messwerte Deformation, Volumenänderung sowieKraft gemäß einer vorgängigen Kalibrierung korrigiert,um Einflüsse aus der Eigendeformation der Belastungsein-heit, der Dehnung der Zelle sowie der Stempelreibung in

Tab. 1. Versuchsrandbedingungen und Einbauparameter der Triaxialversuche an kleinstücki-ger Kohle (Standort 1)Table 1. Triaxial test boundary conditions and initial parameters of the small-fractured coal(site 1)

Versuch Radial- Konsoli- Natürl. Einbau- Einbau- Einbau- Ausbau-spannung dations- Wasser- trocken- wasser- wasser- wasser-

verhältnis gehalt, dichte, gehalt, gehalt, gehalt, σ3 K = σ3/σ1 wn

a) ρd wE1b) wE2

c) wAd)

[kN/m²] [–] [%] [g/cm³] [%] [%] [%]

Varietät Braune Kohle (BrK)

MV 25, 50, 75, 100 0,7 109,1 0,473 121,5 54,8 110,9

MV 25, 50, 100, 200 0,5 108,0 0,471 113,9 53,3 98,0

EV 50 0,7 103,9 0,486 112,2 52,9 103,9

EV 100 0,7 – 0,505 115,4 53,6 102,1

Varietät Gelbe Kohle (GeK)

MV 25, 50, 75, 100 0,7 107,3 0,507 103,5 49,1 103,7

MV 25, 50, 75, 100 0,5 105,1 0,517 105,7 51,4 102,4

EV 50 0,7 109,2 0,514 107,7 51,8 107,5

EV 100 0,7 112,9 0,508 108,4 52,0 103,7

Braune und Gelbe Kohle (BrK/GeK)

MV 25, 50, 75, 100 0,7 – 0,507 112,1 52,8 110,5

25, 50, 75, 100, MV

150, 2000,5 114,8 0,489 112,9 53,0 107,9

EV 50 0,7 114,1 0,497 119,4 54,4 113,8

EV 100 0,7 – 0,488 116,5 53,8 109,9

EV: Einzelversuch; MV: Mehrstufenversucha) ermittelt an Material aus ungefrorenen Blöckenb) ermittelt an Reststücken der gefrorenen Probezylinder (wE1 = mw/md)c) Wassergehaltsbestimmung aus b), bezogen auf die Feuchtmasse (wE2 = mw/m)d) ermittelt an Material der abgescherten Probe

Abhängigkeit der Zellspannung bei der Versuchsauswer-tung zu minimieren.

3.5 Wassergehalte der Probekörper

Der natürliche Wassergehalt wn, der EinbauwassergehaltwE1 und der Ausbauwassergehalt wA sind in Tabelle 1 auf-geführt, ebenso die standardgemäß [9] vor Versuchsbeginnbestimmte Dichte. Die drei vorgenannten Wassergehaltewn, wE1 und wA wurden durch Ofentrocknung bei 105 °Cüber 24 h ermittelt und die Masse des Wassers mw wirdentsprechend den Konventionen der Bodenmechanik aufdie Trockenmasse md der Probe bezogen, d. h. w = mw/md[4]. Der natürliche Wassergehalt wn wurde an Material derProbenblöcke vor dem Einfrieren bestimmt, der Einbau-wassergehalt wE1 an Reststücken der gefrorenen Probezy-linder nach deren Zuschneiden auf die Probenhöhe. DerAusbauwassergehalt wA wurde an Material aus den abge-scherten Probekörpern ermittelt. Wie in Abschnitt 2 erläu-tert, wird für feste Brennstoffe der Wassergehalt üblicher-weise als Verhältnis der Masse des in der Probe enthalte-nen Wassers zur Feuchtmasse der Probe definiert(w = mw/m). Die gemessenen Wassergehalte wE1 wurdendeshalb zusätzlich auf die Feuchtmasse bezogen und inTabelle 1 als wE2 angegeben. Im firmeneigenen zertifizier-ten Kohlelabor der MIBRAG mbH wurden die Wasserge-halte durch Ofentrocknung der Proben über 90 min bei135 °C bestimmt [5]. Diese Werte an gestörten Probenvom Standort 1 betrugen 53,9, 54,2, 54,6 und 53,6 % (be-zogen auf die Feuchtmasse). Diese Wassergehalte liegen

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im Bereich der nach DIN 18121-1 durch Trocknung bei105 °C bestimmten Einbauwassergehalte wE2. Ein syste-matischer Einfluss, z. B. durch das Wasserstrahlschnei-den, auf die Werte des Einbauwassergehaltes kann somitausgeschlossen werden.

Bei den kleinstückigen Proben von Standort 1 streu-ten die gemessenen natürlichen Wassergehalte wn zwi-schen 103 und 117 %. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass dieEinbauwassergehalte wE1 der Braunen Kohle um maximal10 % höher sind als die natürlichen Wassergehalte wn. Beiden Proben der Gelben Kohle und den Proben, welche ausMaterial aus beiden Varietäten bestehen, ist dies nicht derFall. Die Auswertung von gemessenen Wassergehalten in-nerhalb desselben Probekörpers zeigte, dass die Wasserge-halte auch innerhalb ein und desselben Probekörpers umbis zu 12 % variierten. In [1] wurden an erdig-mulmigerKohle von zwei Standorten durch Ofentrocknung über24 h bei 60 °C [4] durchschnittliche Wassergehalte von110 bzw. 120 % (bezogen auf die Trockenmasse) bestimmtund wiesen somit eine ähnliche Schwankungsbreite auf.In den Untersuchungen von [2] streuten die gemessenenWassergehalte an Braunkohleproben um bis zu 20 %, wasmit den unterschiedlichen Anteilen der verschiedenenKohlebestandteile erklärt werden konnte. Bei den Probender vorliegenden Untersuchung traten innerhalb einesProbekörpers hellere Einlagerungen, gröbere und feinereKohlestücke sowie Risse unterschiedlicher Länge, Tiefeund Ausrichtung auf. Die variierenden Wassergehaltekönnen dem inhomogenen Aufbau der Proben zugeschrie-ben werden.

Tab. 2. Ermittelte Scherparameter der kleinstückigen Kohle (Standort 1, Triaxialversuch)Table 2. Measured shear parameters of the small-fractured coal (site 1, triaxial test)

Gelbe Kohle Braune Kohle Braune/Gelbe Kohle(GeK) (BrK) (BrK/GeK)

ϕ′ [°] c′ [kN/m²] ϕ′ [°] c′ [kN/m²] ϕ′ [°] c′ [kN/m²]

EV, K = 0,7 48,7 20,4 44,7 40,7 39,0 57,5

MV, K = 0,7 43,7 33,6 41,0 56,5 42,4 49,9

MV, K = 0,5 43,1 62,3 43,9 35,5 37,5 55,8

Bild 7. Scherfestigkeit der kleinstückigen Kohle: (a) Gelbe Kohle, (b) Braune KohleFig. 7. Shear strength of the small-fragmentary structured coal: (a) Yellow Coal, (b) Brown Coal

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3.6 Scherfestigkeit der kleinstückigen Proben

Tabelle 2 fasst die ermittelten Scherfestigkeiten für diekleinstückige Kohle an Standort 1 (Flöz 23) zusammen, je-weils gruppiert nach Kohlevarietät, Versuchsart und Kon-solidierungsverhältnis. In Bild 7 sind die Spannungszu-stände der Braunen und Gelben Kohle bei der maximal er-reichten Axialspannung σ1 in Diagrammen mit der halbenHauptspannungsdifferenz als Ordinate und der halbenHauptspannungssumme als Abszisse dargestellt. Für beideKohlevarietäten wurden jeweils die Versuchspunkte fürK = 0,5 und K = 0,7 eingetragen. Unter Einbeziehung alleran der kleinstückigen Kohle durchgeführten Triaxialver-suche unabhängig der Kohlevarietät, des Konsolidations-verhältnisses und der Versuchsart ergeben sich die Para-meter der Scherfestigkeit zu ϕ′ = 41,8° und c′ = 48,9 kN/m²(Bild 8). Die Ergebnisse zeigen, dass kein signifikanterEinfluss von Versuchsart, Konsolidierungsverhältnis oder

Varietät auf die Werte der Scherfestigkeit der kleinstücki-gen Proben besteht. Es konnte kein wesentlicher Unter-schied zwischen den Scherfestigkeiten der Braunen Kohleund der Gelben Kohle festgestellt werden.

Bild 9 zeigt exemplarische Versuchsdaten des Mehr-stufenversuches bei K = 0,5 an der Gelben Kohle, mit derhalben Hauptspannungsdifferenz als Funktion der Stau-chung ε1 (Bild 9 (a)), und der bezogenen Volumenände-rung ∆V/V0 als Funktion der Gestaltänderung ε1–ε2(Bild 9 (b)). Aus Bild 9 (b) ist ersichtlich, dass die Probewährend des Abscherens zunächst kontraktantes Verhal-ten (Volumenabnahme) zeigt, gefolgt von dilatantem Ver-halten (Volumenzunahme). Bemerkenswert ist, dass dieerste Versuchsstufe (σ3 = 25 kN/m²) sich quantitativ signi-fikant von den folgenden Stufen unterscheidet. Bei zuneh-mender Radialspannung der Stufen 50, 75 und 100 kN/m²ist ein Rückgang der Dilatanz zu beobachten. Dieser Sach-verhalt ist in der Bodenmechanik von granularen Materia-lien klassisch bekannt. Auch zwischen der ersten undzweiten Stufe ist dieser Trend prinzipiell zu beobachten.Die der dilatanten Phase vorausgehende Kompressions-phase ist jedoch annähernd doppelt so stark ausgeprägt.Zu vermuten ist, dass es sich bei dieser Kompression auchum Anteile einer Entfestigung (Destrukturierung) der initi-al offenen Kartenhausstruktur handelt. Eine Überprüfungdieser Annahme durch mikrostrukturelle Untersuchungensteht noch aus.

An den drei an der Bankkohle durchgeführten tria-xialen Mehrstufenversuchen wurden die mittleren Scher-festigkeitsparameter zu ϕ′ = 51,6° und c′ = 117 kN/m² be-stimmt. Diese können jedoch nur als Anhaltswerte dienen,da sie an gestörten, orientierungslosen Blöcken durchge-führt wurden.

4 In situ Scherversuche 4.1 Versuchsdurchführung

Die in situ Scherversuche wurden im Nordteil des Abbau-feldes Schwerzau des Tagebaus Profen ca. 300 m westlichvon Standort 1 durchgeführt. Das an Standort 2 angetrof-fene Untersuchungsmaterial wurde bereits in Abschnitt 2des Beitrags beschrieben. Zur Eliminierung von Oberflä-cheneinflüssen wurden vom bestehenden Planum aus mit

Bild 8. Scherfestigkeit der kleinstückigen Kohle unabhängigvon Varietät, Versuchsart, Konsolidationsverhältnis (Regres-sionsgerade für alle Versuche)Fig. 8. Shear strength of the small-fragmentary structuredcoal independent on variety, type of test, consolidation ratio(Regression line based on all triaxial tests)

Bild 9. Exemplarische Versuchsdaten (MV, Gelbe Kohle, K = 0,5): (a) (σ1–σ3)/2, ε1-Diagramm, (b) ∆V/V0, (ε1–ε2)-DiagrammFig. 9. Multiple-stage triaxial test of Yellow Coal at K = 0.5: (a) (σ1–σ3)/2 vs. ε1 plot, (b) ∆V/V0 vs. (ε1–ε2) plot

einem Löffelbagger insgesamt drei ca. 1 m tiefe Grubenausgehoben. Auf deren Sohle wurde in Handarbeit derScherzylinder in die anstehende Kohle eingearbeitet. DieVersuchseinrichtung ist in Bild 10 dargestellt.

Die Versuchsdurchführung erfolgte in Anlehnung andie Empfehlung Nr. 4 des DGGT-Arbeitskreises Fels (frü-her DGEG Arbeitskreis 19, Versuchstechnik Fels) [11] anzylindrischen Probekörpern mit 0,6 m Durchmesser. Dader Stempel zur Aufbringung der Schubkraft etwas geneigtist (bei den Versuchen 1 und 2 beträgt der Neigungswinkelα zur Horizontalen 10°, bei Versuch 3 sind es 5°), ergibtsich für die Normalspannung in der Scherfuge zusätzlichzur Normalspannung aus der Kraft des vertikalen Stem-pels eine Kraft aus der Vertikalkomponente des „Hori -

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zontalstempels“ (Bild 10, unten). Ebenso ergibt sich dietatsächlich wirkende Schubspannung nur aus der Hori-zontalkomponente der im geneigten „Horizontalstempel“gemessenen Kraft. Die tatsächlich wirkende Normalspan-nung σ und Schubspannung τ wurden aus der gemesse-nen Kraft des Vertikalstempels F′v bzw. der gemessenenKraft des „Horizontalstempels“ F′h und der Fläche desVersuchskörpers A wie folgt bestimmt:

(1)

τ = τ′ · cosα und σ = σ′ + τ′ · sinα (2)

F

Aund

F

Av hσ′ =

′τ′ =

′

Bild 10. Versuchseinrichtung des in situ ScherversuchesFig. 10. Set-up of the in situ shear test

253



4.2 Verschiebungen und Dilatanz

In Bild 11 sind die Scherflächen der drei Probekörper nachVersuchsende abgebildet. Die Bruchflächen sind gewölbtund verlaufen nicht parallel zur Schichtung. In Bild 12sind die Schubspannungen und die Setzungen über die Ho-rizontalverschiebungen aufgetragen, jeweils exemplarischfür Versuch 2. Auffällig sind die relativ großen Vertikalver-schiebungen (Setzungen) beim Abscheren. Aus Bild 12 (b)ist erkennbar, dass mit der Steigerung der Auflast immer ei-ne Setzung verbunden ist, z. B. erzeugt die Auflasterhö-hung von 50 auf 80 kN/m² eine Setzung von etwa 1 mm.In Bild 13 (a) sind die Setzungsanteile skizziert, welche zuden Vertikalverschiebungen beitragen: (1) die Stauchungdes Bodenzylinders im Stahlring (Gleichung 5), (2) die Set-zung des Halbraumes unter Annahme einer starren Kreis-fläche auf dem elastisch-isotropen homogenen Halbraum(Gleichung 6), sowie (3) die Volumenänderungen in derScherzone infolge Dilatanz (Volumenvergrößerung) oderKontraktanz (Volumenverringerung).

Zur rechnerischen Abschätzung der Vertikalsetzun-gen wird ein E-Modul E* eingeführt, der das elastischeund das plastische Verhalten vor dem Abscheren be-schreibt. Zwischen dem Verformungsmodul Ev bzw. demSteifemodul Es und dem E-Modul gilt nach der Elastizi-tätstheorie folgender Zusammenhang:

(3)EE

1 –v 2

=υ

(4)

(5)

(6)

Aus den vorher beschriebenen Triaxialversuchen an derkleinstückigen Kohle konnte ein Rechenwert für E* von50 MN/m² abgeschätzt werden, woraus sich unter Annah-me von ν = 0,3 nach den Gleichungen (3) und (4) der Ver-formungs- und Steifemodul zu Ev = 54.945 kN/m² und Es = 67.300 kN/m² ergeben. Damit können die

Setzungsanteile

ermittelt werden. Für eine Spannungssteigerung von ∆σ = 70 kN/m² ergibt sich also eine Setzung sv an

der Oberfläche des Zylinders von

Diese einfache Ab-

schätzung zeigt, dass die Setzungen infolge der Steigerungder Auflast zumindest qualitativ den Deformationen desZylinders und des Halbraums unterhalb des Prüfkörperszugeordnet werden können.

EE (1 – )

(1 ) (1 – 2 )s = υ+ υ υ

Es · hz

sv z zε = σ → ∆ = ε

s2

·d2

Ev,ov

= π σ

s67300

· 220 und s2

· 30054945v v,0∆ = ∆σ = π ∆σ

s70

67300220v = +

· 702 · 54945

300 0,23 0,6 0,83 mm.π = + =

Bild 11. Scherflächen nach VersuchsendeFig. 11. Shear surfaces after testing

Der Faktor ∆sv/∆sh ist ein Maß für die Dilatanz bzw. Kon-traktanz. Ein positiver Dilatanzwinkel ergibt sich dann,wenn das Volumen beim Abscheren zunimmt. Für den Di-latanzwinkel ψ wird häufig ∆sv/∆sh angegeben [12]. Dabeiwird vorausgesetzt, dass Dilatanz bzw. Kontraktanz derScherzone zugeordnet werden können. Die Versuche zei-gen, dass beim Abscheren bei Normalspannungen von we-niger als 300 kN/m² keine relevanten Setzungen infolgeSchubs auftreten. Es findet also volumenkonstantes Flie-ßen statt. Bei höheren Normalspannungen kommt esdann zu einem Kontraktanzwinkel von bis zu 15°, d. h. ψ= –15°. Wenn man den Scherwiderstand, repräsentiertdurch den Reibungswinkel ϕ, in einen Anteil aus Material-widerstand ϕMaterial und einen aus StrukturwiderstandϕStruktur aufteilt, ergibt sich

ϕ = ϕMaterial + ϕStruktur (7)

Wenn der Strukturwiderstand der Dilatanz entspricht, gilt

ϕ = ϕMaterial + ψ (8)

Die Kontraktanz bei höheren Normalspannungen, diedurch Strukturverlust des Materials in der Scherzone ver-ursacht wird, ist also ein Grund für die „Abnahme des Reibungswinkels“ mit zunehmender Normalspannung.

254



Bild 13 (b) zeigt den prinzipiellen Unterschied des Scher-verhaltens von festem, gut tragfähigem Material beimGleiten und porösem Material geringer Tragfähigkeit. Diedargestellten grauen Flächen sollen die Scherzone reprä-sentieren. Bei den Scherversuchen zeigte sich keine we-sentliche Abhängigkeit der Entwicklung der Schubspan-nungen von der Zeit, so dass auf eine quantitative Erfas-sung des Kriechens verzichtet wurde.

4.3 Scherparameter

Die Auswertung der Versuche im Hinblick auf Kohäsionund Reibung wurde auf zwei Arten durchgeführt: (1) eswurde eine Ursprungsgerade als Regressionsgerade durchdie Scherpunkte gelegt, was der Bestimmung eines „Er-satzreibungswinkels“ entspricht, (2) es wurde eine Gerademit Ordinatenabschnitt als Regressionsgerade durch dieScherpunkte gelegt, was der Bestimmung von Kohäsionund Reibung entspricht (Bild 14). Aus beiden Methodenergeben sich für die einzelnen Versuche die in Tabelle 3aufgeführten Werte für den Ersatzreibungswinkel ϕErsatzbzw. für Reibungswinkel ϕ und Kohäsion c. Aus allen dreiVersuchen erhält man nach Methode 1 ϕErsatz = 36,4° bzw.nach Methode 2 ϕ = 27,7° und c = 105 kN/m². Es ist fest-zustellen, dass sich aus den Scherpunkten bei niedrigerNormalspannung ein höherer Ersatzreibungswinkel ergibt

Bild 12. In situ Scherversuch 2: (a) Scherspannungen und Horizontalverschiebungen, (b) Setzungen und Horizontalverschie-bungenFig. 12. Results of in situ test 2: (a) shear stress-horizontal displacement plot, (b) vertical and horizontal displacement

Bild 13. (a) Darstellung der Setzungsanteile beim in situ Scherversuch, (b) DilatanzmodellFig. 13. (a) Illustration of the settlement components of the in situ shear test, (b) dilatancy model

255



als aus den Scherpunkten bei hoher Normalspannung.Für praktische Berechnungen würde man nicht den vol-len Kohäsionswert ansetzen, sondern die Kohäsion hal-bieren und dafür den Reibungswinkel erhöhen. Für Bö-schungen mit 20 bis 50 m Höhe könnte z. B. mit ϕ = 33°und c = 55 kN/m² gerechnet werden, bei Böschungshöhenvon etwa 100 m mit ϕ = 30° und c = 55 kN/m².

5 Diskussion

In Bild 15 sind die ermittelten Scherfestigkeiten derkleinstückigen und mittel- bis grobstückigen Kohle in einem τ-σ-Diagramm vergleichend gegenübergestellt. DieDarstellung enthält auch von der MIBRAG mbH zur Ver-fügung gestellte Daten der erdig-mulmigen Kohle [1]. Manstellt fest, dass die Reibungswinkel aus den Triaxialversu-chen (TV) der kleinstückigen Kohle signifikant größereWerte als die der in situ Scherversuche (SV in situ) an mit-tel- bis grobstückiger Kohle annehmen. Eigentlich würdeman, auf Grund von Erfahrungen mit einer Vielzahl vonLaborversuchen [13], aus den Triaxialversuchen geringereWerte des Reibungswinkels als aus dem Schergerät erwar-ten, da die Versuchsrandbedingungen „weicher“ sind, alsbei dem relativ „starren“ Schergerät.

Ein Grund für die unterschiedlichen Werte des Rei-bungswinkels ergibt sich aus dem untersuchten Materialselbst (kleinstückige vs. mittel- und grobstückige Kohle).Die in situ Scherversuche wurden im Vergleich zu den

Triaxialversuchen in einem höheren Spannungsbereichdurchgeführt. Beim Aufbringen der verschiedenen Nor-malspannungen im in situ Scherversuch kam es bereitsvor dem Abscheren zu einer bemerkenswerten Kontrak-tanz. Im Gegensatz zum Triaxialversuch wurde beim in si-tu Scherversuch auch beim Abscheren kein dilatantes Ma-terialverhalten beobachtet. In diesem Sinne lässt sich derReibungswinkel im in situ Scherversuch als die eigentli-che Materialreibung (Korn-zu-Korn-Reibung im klassi-schen Sinne) und der Reibungszuwachs im Triaxialver-such als Strukturreibung (Dilatanz) verstehen.

Die Ergebnisse an erdig-mulmiger Kohle zeigen eineähnliche Tendenz. Der aus den Triaxialversuchen be-stimmte Reibungswinkel ist mit ϕ′ = 37,1° größer als der inden direkten Scherversuchen bestimmte Reibungswinkel(ϕ′ = 26,8°). Vergleicht man jedoch die Scherfestigkeitenaus den in situ Scherversuchen und aus den direktenScherversuchen, so stellt man fest, dass beide Regressions-geraden nahezu parallel verlaufen. Der Reibungswinkelunterscheidet sich nur um ein Grad und die Werte der Ko-häsion weisen die gleiche Größenordnung auf. Folgt manobiger Interpretation, dass im in situ Scherversuch aufGrund der hohen Kontraktanz im Wesentlichen die Korn-zu-Korn-Reibung erfasst wurde und der Strukturanteil desReibungswinkels keine Rolle spielt, ist es erklärbar, dassder im direkten Scherversuch ermittelte Reibungswinkelder mulmigen (kryogen strukturgestörten) Kohle dem derstückigen Kohle im situ Scherversuch sehr ähnlich ist, dabeide Varietäten ursprünglich dasselbe Material repräsen-tieren.

Im Triaxialversuch wird der strukturbezogene Anteildes Reibungswinkels besser erfasst. Deshalb ergibt sichhier für die mulmige Kohle ein höherer Reibungswinkelals beim direkten Scherversuch, der jedoch wegen derkryogenen Strukturstörung kleiner als beim Triaxialver-such an der stückigen Kohle ausfällt.

Bild 14. Ermittelte Scherparameter aus allen in situ Scher-versuchenFig. 14. Determined shear strength parameter (regression line for all in situ shear tests)

Bild 15. Vergleich der Scherfestigkeiten von kleinstückiger(Triaxialversuch), mittel-bis grobstückiger (in situ Scherver-such) und mulmiger (Triaxial- und direkter Scherversuch)BraunkohleFig. 15. Comparison of the shear strength of small-fragmen-tary (triaxial test), of medium/large-fragmentary (in situshear test) and cryogen destructured (triaxial and directshear test) coal

Tab. 3. Ermittelte Scherparameter der mittel- und grob -stückigen Kohle (Standort 2, in situ Scherversuch)Table 3. Measured shear parameters of the medium/large-fractured coal (site 2, in situ shear test)

Ersatzreibungs- Reibungs- Kohäsion, winkel, ϕErsatz [°] winkel, ϕ [°] c [kN/m²]

Versuch 1 39,0 31,6 73

Versuch 2 34,7 25,9 114

Versuch 3 36,1 27,3 122

gesamt 36,4 27,7 105

6 Zusammenfassung

In der vorliegenden Untersuchung wurden die Parameterder Scherfestigkeit für verschiedene Varietäten Braunkoh-le mittels Triaxialversuchen und in situ Scherversuchenbestimmt. Die Triaxialversuche wurden sowohl als Einzel-wie auch als Mehrstufenversuche durchgeführt. BeideVersuchsarten führten zu vergleichbaren Ergebnissen. DieMehrstufentechnik hat sich bei der vorliegenden Untersu-chung mit einer aufwändigen Probenahme und Proben-vorbereitung als eine sinnvolle Methode erwiesen, um beisehr begrenzter Probekörperanzahl eine aussagekräftigeMenge an Daten zu erzeugen. Die ermittelten Scherfestig-keitswerte der Gelben und Braunen Kohlevarietäten un-terscheiden sich nur in geringem Maß. Eine gesonderteBerücksichtigung der Schichten der Gelben Kohle, z. B.im Rahmen von Standsicherheitsberechnungen, erscheintauf Grundlage der im vorliegenden Bericht gewonnenVersuchsergebnisse nicht notwendig. Des Weiteren wurdezur realitätsnahen Abbildung des initialen Spannungszu-stands in einer Böschung eine anisotrope Konsolidierungdurchgeführt. Das Konsolidierungsverhältnis wurde zwi-schen σ3/σ1 = 0,5 und σ3/σ1 = 0,7 variiert. Die Untersu-chungsergebnisse haben gezeigt, dass aus der Variationdes Konsolidierungsverhältnisses keine nennenswerte Än-derung der Scherfestigkeit resultiert.

Die drei von der MPA Universität Stuttgart durchge-führten in situ Scherversuche zeigen, dass die felsmecha-nische Versuchstechnik geeignet ist, die Scherfestigkeitvon Braunkohle zu bestimmen. Das untersuchte Materialhat eine Scherfestigkeit, wie sie auch bei verwittertem Felsgemessen wird. Bei hohen Normalspannungen verhältsich das Material auf Grund der Entfestigung (Destruktu-rierung) kontraktant.

Sowohl bei der stückigen als auch der mulmigenKohlevarietät ergaben sich aus den Triaxialversuchen hö-here Reibungswinkel als aus den in situ Scherversuchenbzw. den direkten Scherversuchen im Labor. Es zeigtesich, dass der strukturbezogene Reibungsanteil der Kohle-varietäten im Triaxialversuch besser erfasst wurde als inden in situ Scherversuchen und den direkten Scherversu-chen.

Danksagung

Wiebke Baille und Prof. Tom Schanz bedanken sich beiden ehemaligen Kollegen Frau G. Tscheschlok, Herrn F.Hoppe, Herrn Dr. J. Meier, Dr. W. Schädler und Herrn S.Lehmert für die Mitwirkung bei Probenahme und Ver-suchsdurchführung (Triaxialversuche) unter der Leitungvon Frau G. Tscheschlok (Bauhaus-Universität Weimar).

Literatur

[1] Zimmer, G.: Bodenmechanische Untersuchungen zur not-wendigen Mindestabdeckung des Planums, 3./4. Abraum-schnitt, Tagebau Profen, über offene Strecken zur Verhinde-rung von Geräteeinbrüchen. Unveröffentl. Diplomarbeit, TUBergakademie Freiberg, 2002.

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[8] Technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßen-bau TP BF-StB Teil C 12, Mehrstufentechnik bei dreiaxialenDruckversuchen und direkten Scherversuchen, Ausgabe 1987,DGEG-Empfehlung Nr. 12.

[9] DIN 18125-1 (07/2010); Deutsche Norm: Baugrund, Unter -suchung von Bodenproben – Bestimmung der Dichte des Bodens, Teil 1: Laborversuche. Berlin: Beuth Verlag,.

[10] DIN 18121-1 (04/1998); Untersuchung von Bodenproben –Wassergehalt – Teil 1: Bestimmung durch Ofentrocknung. Ber-lin: Beuth Verlag, 1998.

[11] Empfehlung Nr. 4 des Arbeitskreises 19 – VersuchstechnikFels – der Deutschen Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V.Scherversuch in situ, Bautechnik 57 (1980), H. 10, S. 325–328.

[12] Gudehus, G.: Bodenmechanik. Stuttgart: Ferdinand EnkeVerlag, 1981.

[13] Stoewahse, C., Blümel, W.: Einfluss der Rahmenlagerungauf die Messwerte im Rahmenscherversuch, 1. Siegener Sym-posium „Messtechnik im Erd- und Grundbau“. Siegen, 2001.

AutorenDipl.-Ing. Wiebke BailleRuhr-Universität Bochum, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikUniversitätsstraße 15044780 Bochum

Dipl.-Geophysiker Wolfgang SandnerMitteldeutsche Braunkohlengesellschaft mbH, Gruppe Bodenmechanik, ProfenGlück-Auf-Straße 106711 Zeitz

Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Gottfried SawadeUniversität Stuttgart, Institut für Geotechnik Pfaffenwaldring 4f70569 Stuttgart

Prof. Dr.-Ing. habil. Hermann SchadReinsburgstraße 111 b70197 Stuttgart

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Tom SchanzRuhr-Universität Bochum, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikUniversitätsstraße 150D-44780 Bochum

Eingereicht zur Begutachtung: 5. April 2012Überarbeitet: 10. August 2012Angenommen zur Publikation: 11. August 2012

Bodenmechanische Charakterisierung der Scherfestigkeit von Braunkohlen des Mitteldeutschen Reviers

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