Offenporige, gebundene Deckwerke - Einfluss der Porosität auf Seegangsbelastung und hydraulische Wirksamkeit
Final Report Abstract
Insgesamt haben die Ergebnisse des Forschungsprojektes zum ersten Mal die relative Bedeutung von Deckwerksporosität und Böschungsneigung gezeigt und zu einem verbesserten Verständnis ihres Einflusses auf die bei der Interaktion von unregelmäßigem Seegang mit dem offenporigen gebundenen Deckwerk und seinem Unterbau beteiligten Prozesse geführt. Im Einzelnen können die wichtigsten Erkenntnisse der physikalischen Modellversuche wie folgt dargestellt werden: (i) Es wurde zum ersten Mal gezeigt, dass eine steigende Porosität zu einem größeren Einfluss der einlaufenden Wellenhöhe auf den Reflexionskoeffizienten führt. Eine hochporöse Struktur verhält sich mit ansteigender Wellenhöhe zunehmend wie ein glattes, undurchlässiges Deckwerk und die reduzierende Wirkung auf die Wellenreflexion nimmt ab. (ii) Der Einfluss der Deckwerksporosität auf den relativen Brandungsstau ηs/Lo ist weniger ausgeprägt als der Einfluss der Böschungsneigung. (iii) Eine größere Porosität führt zu kleineren relativen Wellenauf- und -ablaufhöhen mit einem ausgeprägteren Effekt auf den Wellenauflauf. (iv) Die Dämpfungseigenschaft des porösen Deckwerks Dp auf die welleninduzierten Drücke wird stärker von der Porosität der Struktur beeinflusst als von der Böschungsneigung. Dp steigt bei sinkender Porosität für die gesamte Bandbreite der untersuchten Brecherkennzahlen ξm-1,0. (v) Die räumliche Verteilung des mittleren Wasserspiegels im Sand, die einen entscheidenden Einfluss auf die Bauwerksstabilität hat, wurde erstmalig systematisch für unregelmäßigen Seegang untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass der Brandungsstau ηint nahe der Uferlinie bei flacherer Böschungsneigung (1:6) weniger von Auf- und Ablaufprozessen auf dem Deckwerk beeinflusst wird als bei steilerer Böschung (1:3). Für alle untersuchten Prozesse wurden empirische Formeln entwickelt. Da in den Hauptversuchen nur zwei Porositäten und zwei Böschungsneigungen untersucht wurden, ist streng genommen die Gültigkeit der gewonnenen empirischen Formeln auf die gewählten oder vergleichbare Testbedingungen beschränkt. Es wurde weiterhin ein numerisches Modell entwickelt zur Simulation der hydrogeotechnischen Prozesse auf und unterhalb offenporiger, gebundener Deckwerke. Das validierte Modell wurde für eine systematische Parameterstudie mit regelmäßiger Wellenbelastung verwendet, in der die bereits vorhandene Datenbasis durch weitere Versuchsbedingungen (z.B. Wellenhöhe und -periode) und Deckwerkseigenschaften (z.B. Böschungsneigung und Dicke der Filterschicht) erweitert wurde. Dabei können die Ergebnisse der numerischen Parameterstudie wie folgt zusammengefasst werden: (i) Das hochporöse Deckwerk zeigte deutlich geringere Reflexionskoeffizienten. Dabei wurde nur ein kleiner Effekt der Schichtdicke festgestellt. (ii) Der Brandungsstau wird maßgeblich von der Länge der einlaufenden Welle und der Böschungsneigung beeinflusst. Die Deckwerksdicke spielt keine Rolle. (iii) Der Bezug der relativen Wellenauf- und -ablaufhöhen auf den mittleren externen Wasserspiegel führt zu einer fast symmetrische Oszillation von Wellenauf- und -ablauf um den EMWL. Eine Steigerung der Deckwerksdicke führte zu einer Reduzierung der Wellenauflauf und -ablaufwerte und zu einer Reduzierung der Schichtdicke des auf- und ablaufenden Schwalls. (iv) Die Größe des Druckes bei Druckschlagbelastung hängt von der Schichtdicke des ablaufenden Wassers auf dem Deckwerk ab. Die quasi-statische Druckkomponente wurde nur unwesentlich von der Deckwerksdicke beeinflusst.
Publications
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