Gefrorene Böden von der Mikro- bis zur Makroebene: neue Erkenntnisse, Datengrundlagen und numerische Verfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Raul Fuentes
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505704399

In diesem Projekt werden wir das Verhalten gefrorener Böden, sowohl natürlicher als auch künstlich gefrorener, von der Mikroebene auf Partikelebene bis zur Makroebene in Fallstudien untersuchen. Im Rahmen des Projekts wird die neueste MRT- und µCT-Bildgebungstechnologie eingesetzt, um einen umfassenden Datensatz gefrorener Böden unter verschiedenen Temperatur- und Belastungsbedingungen auf Partikelebene zu erstellen. Die Ergebnisse werden mit Elementtests verglichen, die in einer Gefrierkammer durchgeführt werden. Die neue Datenbank des beobachteten Verhaltens wird zur Entwicklung und Validierung neuartiger konstitutiver Beziehungen einschließlich Fast-Fourier-Transform-Homogenisierung und maschinellem Lernen verwendet. Diese werden in Randwertproblemen verwendet, die in Finite-Elemente-Modellen mit Multiskalen- und poromechanischen Ansätzen sowie in physikinformierten neuronalen Netzen (PINNs) gelöst werden. Der letzte Schritt in Richtung Makro-Skala wird unter Verwendung dieser neu entwickelten Techniken unternommen, um sie an realen Fallstudien auf zwei Ebenen zu kalibrieren, zum einen an einem kontrollierten physikalischen Modell im Labor und zum anderen an zwei realen Fallstudien: ein Hangversagen am Mount Fuji, Japan, und die künstlich gefrorene Bodenkampagne, die in Berlin während des Baus der U-Bahn an der berühmten Straße Unter der Linden durchgeführt wurde. Das Projekt wird eine einzigartige und neuartige Datenbank und Einblicke in das beobachtete Verhalten mit einem noch nie dagewesenen Detaillierungsgrad sowie neuartige numerische Ansätze für gefrorene Böden liefern, die bisher noch nie versucht wurden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Florian Amann, Ph.D.
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jean-Michel Pereira, Ph.D.; Dr. Anh-Minh Tang