Technischer Bericht NTB 94-02

Die Untersuchung der Barrierenwirkung des Wirtgesteins um ein potentielles Endlager für radioaktive oder toxische Stoffe und die Bestimmung des hydraulischen Potentialfeldes sind wesentliche Grundlagen für die sicherheitstechnische Bewertung. Zur Beurteilung von Ausbreitungsvorgängen kontaminierter und toxischer Stoffe im Gebirge sind felshydraulische Untersuchungen notwendig, in denen das Strömungsverhalten von Wasser und sein Transportvermögen hinsichtlich konservativer (Salz) und nicht konservativer (Temperatur) Tracer festgestellt wird.

Im Rahmen der deutsch-schweizerischen Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Endlagerung hat die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Referat 82.11 (Felsmechanik und Baugeologie) in den Jahren 1991 – 1993 das Forschungsprojekt «Bohrlochkranzversuch» in seiner dritten Förderungsphase bearbeitet. Die Entwicklung von Methoden und Verfahren stand, wie in den vorangegangenen Förderungsphasen, im Mittelpunkt des Interesses. Im vorliegenden Bericht werden die Weiterentwicklung der verwendeten Messeinrichtung und die eingesetzten numerischen Verfahren ausführlich beschrieben. Die Erkenntnisse aus den in-situ Versuchen, die im Felslabor Grimsel der Nagra durchgeführt wurden, werden zusammengefasst und Ergebnisse der Simulation von Strömungs- und Transportprozessen sowohl mit einem numerischen Verfahren (DURST) als auch mit einem analytischen Verfahren vorgestellt. Das Finite-Element-Programmsystem DURST (DURchströmung und STofftransport) wurde in seinen Grundzügen bereits in den beiden ersten Förderungsphasen des Forschungsvorhabens zusammen mit dem Institut für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen an der Universität Hannover entwickelt.

Die Arbeiten zur Geräteentwicklung konzentrierten sich auf die Praxiserprobung der neu entwickelten Multipacker-Kombisonden, die in den mehrere Monate dauernden Tracer-Versuchen mit Erfolg eingesetzt wurden. Das speziell für diesen Gerätetyp entwickelte EDV-Programm hat sich bewährt.

Die Rechengeschwindigkeit des Finite-Element-Programms DURST/ROCKFLOW wurde durch die Implementierung von schnelleren Gleichungslösern erhöht. Zur besseren Anpassung an komplexe Modellstrukturen trägt die neu eingeführte Möglichkeit einer freien Wahl der Anfangsrandbedingungen bei. Die Simulation von Mehrphasenströmungsvorgängen wurde theoretisch aufbereitet.

Die hydraulischen in-situ Versuche im BK-Bereich des Felslabors bildeten auch in der Phase III des Bohrlochkranzversuchs den Schwerpunkt der Arbeiten. Versuche zur spannungsabhängigen Permeabilität des geklüfteten Gebirges wurden im peripheren Bereich des Laborstollens durchgeführt, die Tracer-Versuche sowie die umfangreichen Vorversuche im zentralen Bereich des Laborstollens. Die Tracer-Versuche dienten der Ermittlung der Schadstofftransportgeschwindigkeit im geklüfteten Fels.