Mineralogical and textural influence on rock strength

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Der Einfluss der mineralogischen Zusammensetzung sowie des Gefüges auf die Gesteinsfestigkeit und das Verformungsverhalten von Gestein wurde in den letzten Jahren intensiv untersucht. Die Ergebnisse dieser Studien basieren auf Gesteinsproben, welche eine einfache Mineralparagenese aus Quarz, Feldspat und Phyllosilikaten zeigen. Um die Anwendbarkeit der gefundenen Korrelationen zwischen Mineralogie und Festigkeit bei einer komplexen Mineralparagenese zu untersuchen, wurden für diese Arbeit Gneisproben von zwei unterschiedlichen Orten innerhalb der Ostalpen herangezogen. Die beiden Probengruppen unterscheiden sich in ihrem Metamorphosegrad, was ebenfalls in einer unterschiedlichen mineralogischen Zusammensetzung resultiert. Eine Probengruppe zeigt eine grünschieferfazielle Mineralparagenese aus Quarz, Feldspat, Muskovit und Chlorit, die andere zeigt eine höher metamorphe Paragenese mit hohen Gehalten von Granat und Sillimanit. Die mineralogische Zusammensetzung, Gefüge und Korngrößenverteilung werden mithilfe von Dünnschliffanalysen untersucht. Für die Charakterisierung des Festigkeitsverhaltens werden einaxiale und triaxiale Druckversuche durchgeführt. Ultraschallmessungen ergänzen diese Ergebnisse. Hochgradig metamorphe Gesteine zeigen eine höhere Gesteinsfestigkeit als niedriggradig metamorphe Gesteine. Bei komplexer Mineralparagenese ist Granat der Haupteinflussfaktor der Gesteinsfestigkeit. Proben mit gleichem Phyllosilikatgehalt zeigen eine höhere Gesteinsfestigkeit mit steigendem Granatgehalt. Auch Quarz trägt zu einer höheren Gesteinsfestigkeit bei, während Feldspat- und Phyllosilikatgehalt keine signifikante Korrelation mit der Festigkeit aufweisen. Der äquivalente Quarzgehalt wird als einfacher Ansatz vorgeschlagen, um die mineralogische Zusammensetzung in einem Wert zusammenzufassen. Ein höherer äquivalenter Quarzgehalt resultiert in einer höheren Gesteinsfestigkeit. Das Gefüge, vor allem die Ausbildung der Phyllosilikatlagen, beeinflusst das Bruchverhalten und die Bruchbildung. Durchgängige Phyllosilikatlagen, wie sie in hochgradig metamorphen Gesteinen auftreten, fördern Scherrisse parallel zur Schieferung. Schon eine kleine Abweichung des Schieferungswinkels von 90° führt zu signifikanten Rissen entlang der Schieferung. Mittelkörnige Augen, welche von Phyllosilikaten umgeben sind, zeigen keine Zugrisse. Die Phyllosilikate sind um die Augen gebogen, wodurch die Minerale auch parallel zur Belastungsrichtung orientiert sind und bevorzugte Schwachstellen bilden. Eine planare Schieferung, wie sie in niedriggradig metamorphen Gesteinen beobachtet wird, fördert das scheibenartige Brechen entlang der Schieferung. Höher metamorphe Gesteine zeigen deformierte Granat-Porphyroklasten innerhalb der Phyllosilikatlagen, welche dieses Bruchverhalten unterbinden.

Details

Titel in ÜbersetzungEinfluss der mineralogischen Zusammensetzung und des Gefüges auf die Gesteinsfestigkeit
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung8 Apr. 2022
StatusVeröffentlicht - 2022