Entwicklung und Implementierung eines hydro-mechanischen Modells für teilgesättigte Sande

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Theodoros Triantafyllidis
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau ; Architektur, Bau- und Konstruktionsgeschichte, Bauforschung, Ressourcenökonomie im Bauwesen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251282961

Bei vielen Gründungsstrukturen und geotechnischen Fragestellungen spielt die Saugspannung von ungesättigten Böden eine große Rolle. Ihr Einfluss auf das hydro-mechanische Verhalten des Bodens ist elementar für die Berechnung und Prognose des Tragfähigkeits- und Verformungsverhaltens. Bei diesen können die Saugspannungen Werte von 0 bis zu ca. 1.000 kPa annehmen. Besonders bei ungesättigtem Sand haben sich folgende Schwachstellen herausgestellt: Die konstitutiven Modelle bauen meist auf dem Konzept des teilgesättigten Tons auf, so dass bei einer Annäherung an den trockenen Zustand vom Sand zu einer Überschätzung der Festigkeit führen. Im oben genannten Bereich der Saugspannungen kann dies dazu führen, dass die Kapillarspannung (Saugspannung mal Sättigungsgrad) sehr große Werte annimmt. Dies macht die Simulation nahezu unmöglich, wenn die Bishop-Spannung als Konstitutivspannung verwendet wird. Dazu kommt, dass die meisten Experimente in der gängigen Literatur nur sehr wenige Informationen über die relevanten Parameter zur Kalibrierung eines hydro-mechanischen Modells für Sand liefern. Dazu gehört der Einfluss der Saugspannung auf die Porenzahl im kritischen Zustand und auf die Steifigkeit des Sandes im gesamten Sättigungsbereich. Der vorliegende Antrag zielt darauf ab, eine Versuchsreihe durchzuführen und daran die Entwicklung und Kalibrierung von numerischen Hilfsmitteln vorzunehmen, die zur korrekten Simulierung von ungesättigtem Sand notwendig sind. Der Antrag beinhaltet die Weiterentwicklung und Implementierung von neuen Erhaltungssätzen, die die zuvor genannten Schwachstellen vermeiden sollen. Die neuen Erhaltungssätze und Modelle werden anhand von Simulationen einer ungesättigten Böschung überprüft. Letztendlich soll eine vollständige Versuchsreihe vorliegen, an der hydro-mechanische Modelle kalibriert werden können und es soll eine Reihe von frei zugänglichen Programmen entwickelt werden, die dieses Materialverhalten korrekt simulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Privatdozent Dr.-Ing. Andrzej Niemunis; Professor Dr.-Ing. Torsten Wichtmann