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Ferdinand Stöckhert

• The propagation of hydraulically induced fractures in rock is a crucial process in the growth of magmatic dykes as well as in technical applications such as hydraulic fracturing. This work compares the results of hydraulic fracturing laboratory experiments with numerical fracture mechanics simulations. The work is based on laboratory experiments, in which tensile fractures are induced and propagated using a HydroFrac and a SleeveFrac method. The external stress are either hydrostatic or true triaxial. The sample set covers sandstones, limestones, volcanic rocks, marble and slate. Fracture mechanical simulations were conducted using the FEM as well as XFEM. Using the numerical models a new method for the experimental determination of fracture toughness under confining pressure was developed. Failure patterns in strongly anisotropic rocks were examined experimentally as well as in the scope of fracture mechanical aspects.
• Das Wachstum von hydraulisch induzierten Zugrissen in Gesteinen ist ein zentraler Prozess unter anderem bei der Ausbreitung von magmatischen Gängen sowie in geotechnischen Anwendungen wie z.B. Hydraulic Fracturing. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse von Laborexperimenten zur hydraulischen Rissausbreitung mit bruchmechanischen numerischen Simulationen verglichen. In den zugrundeliegenden Laborexperimenten wurden Zugrisse durch die HydroFrac- und die SleeveFrac-Methode unter hydrostatischen und triaxialen externen Spannungsbedingungen erzeugt und propagiert. Der Probensatz beinhaltet Sandsteine, Kalksteine, Vulkanite, Marmor und Schiefer. Bruchmechanische Simulationen wurden mit der FEM und der XFEM durchgeführt. Unter Verwendung der numerischen Modelle wurde eine neue Methode zur experimentellen Bestimmung der Bruchzähigkeit unter Umgebungsdruck entwickelt. Versagensmuster in stark anisotropen Gesteinen wurden experimentell und bruchmechanisch untersucht.