Teilgesättigte Böden

Teilprojekt I im Rahmen der DFG-Forschergruppe


 

 Teilprojekt I im Rahmen der DFG-Forschergruppe Mechanik teilgesättigter Böden (FOR 444 / 1) - Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Ehlers 

- Wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dipl.-Ing Tobias Graf 

Ziel

Beschreibung von teilgesättigten Böden unter Berücksichtigung der Festkörperdeformation und den Bewegungszuständen der Porenfluide als ein Mehrphasenmodell im Rahmen der Theorie Poröser Medien (TPM). 

Zusammenfassung

Die Erforschung des mechanischen Verhaltens teilgesättigter Böden ist seit vielen Jahren ein wesentliches Interessengebiet der Geotechnik. Aus der Sicht der Kontinuumsmechanik ist ein teilgesättigter Boden ein Mehrphasenmaterial, das im Rahmen einer makroskopischen Vorgehensweise auf der Basis der Theorie Poröser Medien beschrieben werden kann. Im Rahmen der TPM kann außerdem der Tatsache Rechnung getragen werden, daß unterschiedliche Bewegungszustände von Festkörperskelett und Porenfluid auftreten können, d. h. es gelingt, die Fluidbewegung relativ zum sich deformierenden Festkörper darzustellen. 

Theorie Poröser Medien

Dreiphasenmodelle 

Numerische Beispiele

Als Ergebnis einer numerischen Berechnung ist hier die Änderung der Sättigung infolge der Wasserspiegelabsenkung in einer Sandsäule dargestellt. Die obere Bilderfolge ergibt sich unter Annahme einer statischen Gasphase, die untere Bilderfolge mit Berücksichtigung des Porengasdrucks als zusätzlichem Freiheitsgrad. Die gesättigten Bereiche der Sandsäule sind blau, die ungesättigten rot dargestellt. 
 

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Als weiteres Beispiel sind im folgenden die Ergebnisse einer numerischen Berechnung der Durchströmung eines Deichs mit Dichtungskern zu sehen. Das obere Bild zeigt die Sickerlinie als Übergangsbereich zwischen den gesättigten (blauen) und den ungesättigten (roten) Zonen sowie die Geschwindigeitsvektoren der durch das Wasser verdrängten Gasphase 3 Stunden nachdem der Wasserspiegel angehoben wurde. Das untere Bild zeigt die Sickerlinie 5 Tage später. 
 

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Veröffentlichungen

  • W. Ehlers, T. Graf & M. Ammann:  Non-linear behaviour in the deformation and localization analysis of unsaturated soil. In T. Schanz (Hrsg.): Schriftenreihe Geotechnik der Bauhaus-Universität Weimar, 2003 submitted for publication.
  • W. Ehlers, T. Graf & M. Ammann:  Deformation and localization analysis of partially saturated soil. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, accepted 2003.
  • W. Ehlers, M. Ammann & T. Graf:  Draining, deformation and localization of unsaturated soil based on a triphasic continuum. In E. Onate, D. R. J. Owen (Hrsg.): Proceedings of the VII International Conference on Computational Plasticity, Barcelona 2003.
  • W. Ehlers & T. Graf:  Adaptive computation of localization phenomena in geotechnical applications. In J. F. Labuz, A. Drescher (Hrsg.): Bifurcations and Instabilities in Geomechanics, Balkema at Swets & Zeitlinger, Lisse 2003, pp. 247-262.
  • W. Ehlers & T. Graf:  Triphasic formulation of unsaturated soil: Theoretical framework and numerical implementations. In T. Schanz (Hrsg.): 4. Workshop über teilgesättigte Böden, Schriftenreihe Geotechnik der Bauhaus-Universität Weimar, Heft 8, Weimar 2002, pp. 23-32.
  • W. Ehlers & T. Graf:  Deformation and localization analysis of unsaturated soil. In H. A. Mang, F. G. Rammerstorfer, J. Eberhardsteiner (Hrsg.): Proceedings of the Fifth World Congress on Computational Mechanics (WCCM V), Technische Universität Wien, Wien 2002, http://wccm.tuwien.ac.at, Paper ID 80235.
  • W. Ehlers & T. Graf:  On partially saturated soil as a triphasic material. In J. L. Auriault, C. Geindreau, P. Royer, J. F. Bloch, C. Boutin, J. Lewandowska (Hrsg.): Poromechanics II, Proceedings of the Second Biot Conference on Poromechanics, Balkema at Swets & Zeitlinger, Lisse (Niederlande) 2002, pp. 419-424.
  • W. Ehlers, S. Diebels, P. Blome:  Modelling of partially saturated soils by the Theory of Porous Media. Bericht aus dem Institut für Mechanik (Bauwesen), Nr. 01-II-14, Universität Stuttgart (2001).

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Ehlers 
Universität Stuttgart 
Institut für Mechanik (Bauwesen) 
Lehrstuhl II 
Pfaffenwaldring 7 
D-70569 Stuttgart  
Telefon: +49 (0) 711 / 685 - 66345 
Telefax: +49 (0) 711 / 685 - 66347 
email:  ehlers @ mechbau.uni-stuttgart.de
Dipl.-Ing. Tobias Graf 
Universität Stuttgart 
Institut für Mechanik (Bauwesen) 
Lehrstuhl II 
Pfaffenwaldring 7 
D-70569 Stuttgart  
Telefon: +49 (0) 711 / 685 - 66342 
Telefax: +49 (0) 711 / 685 - 66347 
email:  graf @ mechbau.uni-stuttgart.de

 

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