Versagen des Nachterstedter Kippenböschungssystem:

Modell von Dr.-Ing. Michael Lersow

Hier vorgestellt seit 2009, erstmalig öffentlich dargelegt 2010, chronologisch wurden alle Verfahrensschritte hier dargestellt und dokumentiert

Der Autor folgte stets seinem Anspruch, zur Aufklärung des Versagens und damit zur Schadensbeseitigung beizutragen.

Der Gleichgewichtszustand wurde durch maßgebliche Vergrößerungen der Scherspannungen (Spannungsdeviator) im technogenen Lockergesteinskörper und durch maßgebliche Verminderungen der Scherfestigkeit des Lockergesteinsköpers im Laufe der Zeit empfindlich gestört. Zur Vergrößerungen der Scherspannungen haben die immensen Eingriffe in das Kippenböschungssystem, Einschnitte, Massenentnahmen, Auskofferungen etc. beigetragen, siehe auch Animation des Kollapses.

Durch die vorgenommenen RDV wurden Dämme errichtet, die einerseits zu Steifigkeitssprüngen andererseits zu Sprüngen in der Durchlässigkeit im technogenen Lockergesteinskörper führten. Insbesondere durch die schwebende Absetzung der RDV im kritischen Bereich wurde die Gefahr des „Piping“ in diesem Bereich im Zusammenhang mit dem ständig steigenden Wasserdruck im Kippenkörper erheblich erhöht, siehe auch Demonstrationsversuch „Piping“, click hier.

Zur maßgeblichen Verminderung der Scherfestigkeiten im Kippenkörper haben die Austritte von Kippenmaterial mit dem Grundwasser in das TRL über einen langen Zeitraum den Hauptanteil geleistet. Das Grundwasser erzeugt eine erhebliche Schleppwirkung und eine damit verbundene Erosion (innere Erosion und innere Suffosion) im Kippenkörper. Dies unterstützt die Herausbildung von Gleitflächen im Kippenkörper maßgeblich, siehe auch Animation des Kollapses. Die Eintrübungsfahnen können erst dann sichtbar werden, wenn die Austrittsstelle dieser Wässer unterhalb des Seewasserspiegels liegt. Das so entstehende System von Gleitflächen muss also fast vollständig unterhalb des Seespiegels liegen. Diese Materialaustragungen (Eintrübungsfahnen) sind natürliche Tracer. Das eingespülte Kippenmaterial sedimentiert, es lagert sich auf der Sohle des Tagebaurestloches ab und kann dort nachgewiesen werden. Eintrübungsfahnen wurden seit 2003 wahrgenommen und dokumentiert. Für sich alleine betrachtet hätte das System von Gleitflächen im seeseitigen Nachterstedter Kippenkörper einen Kollaps des Kippenböschungssystems allerdings nicht bewirken können.

Der Aufbau des Nachterstedter Kippenböschungssystems mit Rinnenstruktur und stark wechselnden hydraulischen Durchlässigkeiten hat die innere Erosion im kritischen Bereich stark begünstigt, siehe Diss. Balaske, P. (1998),  MLU Halle-Wittenberg. Der Einbau von zur Verflüssigung neigenden Materials in das Kippenböschungssystem hat an der Verminderung der Scherfestigkeiten im Kippenkörper sicher auch einen Anteil, allerdings lassen sich die Anteile in der Nachbewertung nicht auseinanderhalten.

Im  Nachterstedter Kippenböschungssystem existieren die GW-Leiter, 7.3 und 6.3 (liegender GWL). Dem TRL Nachterstedt sitzen erhebliche Wässer insbesondere aus dem Harz zu. Durch die ungesteuerte Flutung (Wassermanagement) und durch den behinderten Abfluss dieser Wässer in das TRL stieg der GWS im Kippenböschungskörper und der Umgebung erheblich über den Spiegel im TRL. Der GWL 6.3 war zusätzlich gespannt. Der Druck des Wassers, bestehend aus statischem Druck (Höhe über Seewasserspiegel mehr als 23 m) und dynamischem Druck (Staudruck des fließenden Wassers) betrug zum Versagenszeitpunkt mehr als 4 bar. Trotz der sehr großen Druckgradienten im kritischen Bereich des technogenen Lockergesteinskörpers hätte dieser Zustand für sich allein betrachtet einen Kollaps des Kippenböschungssystems nicht bewirken können.

Der Kollaps des Nachterstedter Böschungssystems könnte wie folgt abgelaufen sein. Als Initial könnte Piping im Bereich der schwebend abgesetzten RDV eingetreten sein, click hier Demonstration Piping. Das System kollabierte danach vollends. Mit dem Verschwinden der Auflast in diesem Bereich und der vorhandenen Perforation durch hydraulische Fenster und der durch Piping hervorgerufenen Injektorwirkung entlud sich der gespannte GWL 6.3. Dies führte zum Totalverlust der Stützkippe. Die gesamte Hochkippe rutschte nach. Der Kollaps war vollendet.

Zusammengefasst können ursächlich für den Kollaps herausgestellt werden:  Die Standsicherheit des Nachterstedter Seekippenböschungssystems war durch maßgebliche Vergrößerungen der Scherspannungen (Spannungsdeviator) im technogenen Lockergesteinskörper und durch maßgebliche Verminderungen der Scherfestigkeiten des Lockergesteinsköpers, weit unter das erfoderliche Maß, im Laufe der Zeit, insbesondere in der Zeit zwischen 2007 und 2009, erheblich gesunken. In Verbindung mit den sich entwickelnden dramatischen Druckverhältnissen im Grundwasser (Summe aus statischem und Strömungsdruck), gekennzeichnet dadurch, dass der GWS im Kippenböschungskörper und der Umgebung erheblich über den Seewasserspiegel im TRL angestiegen war, konnte das Nachterstedter Kippenböschungssystem nicht mehr den erforderlichen Widerstand mobilisieren, insbesondere weil durch innere Erosion aufgezehrt.  Es kollabierte nach der Initialwirkung durch Piping im Bereich der schwebend abgesetzen RDV.