PT Unknown
AU Askamp M.Sc., T
TI Modell zur Beschreibung innerer Erosion: Grundzüge des mechanischen Modells und Ansätze zum Massenproduktionsterm
SE Report Geotechnik Universität Duisburg-Essen
PD 06
PY 2024
VL Band 49
DI 10.17185/duepublico/81891
LA de
DE Innere Erosion; Suffosion; Geotechnik; Massenproduktion; Massenaustausch; Massenbilanz; Impulsbilanz; Kontinuumsmechanik; Theorie poröser Medien; Dreiphasenmodell; Mehrphasenmodell; Durchströmungsversuch; Differenzenquotient; hydraulisches Kriterium; geometrisches Kriterium
AB Bei Bauwerken, wie Deichen, Dämmen oder Baugrubenwände, ist der Nachweis gegen Versagen durch innere Erosion und Piping zu erbringen, wenn diese von einer Grundwasserströmung beeinflusst werden. Hierzu werden geometrische und hydraulische Kriterien herangezogen, durch die sichergestellt werden soll, dass einzelne Bodenkörner nicht gelöst und abtransportiert werden können. Falls notwendig ist dies durch konstruktive Maßnahmen zu erzielen. Eine mechanische Beschreibung der Erosionsprozesse findet bei dieser Nachweisführung nicht statt. In dieser Arbeit wird an einem Modell gearbeitet, welches den Ablauf eines Erosionsprozesses mechanisch beschreibt. Das kontinuumsmechanische Modell wird mit der Theorie poröser Medien aufgestellt. Als Grundmodell wird ein Mehrphasenmodell mit einem starren Korngerüst, Wasser als Fluid und einer beliebigen Anzahl an Fraktionen lösbarer sowie bereits gelöster Partikel verwendet. Zuvor werden in einem Modell-Konzept die Rahmenbedingungen, zum Beispiel Randbedingungen oder Annahmen für eine spezielle Form der Erosion, festgelegt. Auf Basis des Grundmodells erfolgt schließlich die Herleitung eines Dreiphasenmodells für eine Beschreibung der Suffosion als ersten Spezialfall. Das Dreiphasenmodell umfasst das Korngerüst, das Fluid sowie eine Fraktion an Partikeln, die sich im Korngerüst befinden und aus diesem herausgelöst werden können oder bereits gelöst sind. Zur Beschreibung des Erosionsprozesses und zur Schließung des Gleichungssystems ist es notwendig, Gleichungen für die im System enthaltenen Unbekannten konstitutiv festzulegen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Massenproduktion. Über den Term der Massenproduktion wird der Austausch von Partikeln zwischen dem im Korngerüst vorhandenen und den gelösten Partikeln beschrieben. Der Massenproduktionsterm beinhaltet sowohl einen Ansatz für das Lösen, also der Erosion von Partikeln, als auch für die Ablagerung von Partikeln. Der Beginn der Erosion sowie der Ablagerung von Partikeln wird durch ein hydraulisches Kriterium gesteuert. Ein einfaches Berechnungsprogramm, welches die Simulation einer eindimensionalen, vertikalen Durchströmung einer Bodensäule ermöglicht, liefert erste Ergebnisse zur Auswirkung des Massenproduktionsterms. Anhand von Durchströmungsberechnungen wird die Plausibilität der Berechnungsansätze belegt. Durchgeführte Parametervariationen zeigen den Einfluss der im Massenproduktionsterm enthaltenen Parameter und liefern erste Erkenntnisse zur mechanischen Beschreibung des Suffosionsprozesses.
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