Numerische Studien zum Sackungsverhalten von Lockergestein unter dem Einfluss eindringenden Grundwassers: Fid-Bau Portal

Numerische Studien zum Sackungsverhalten von Lockergestein unter dem Einfluss eindringenden Grundwassers

Schulz, Beatrix M. / Grimmer, Simone / Lempp, Christof / Schulz, Michael

Sackungen und Setzungen sind typische Phänomene, die beim Wiederanstieg des Grundwasserspiegels in nichtbindigen Sedimenten beobachtet werden können. Aus physikalischer Sicht handelt es sich hierbei um komplexe Prozesse, die mit der Veränderung des Kraftliniennetzes zwischen den einzelnen Körnern einhergehen und die vor allem durch die Bildung von Wasserbrücken zwischen den einzelnen Partikeln, die Auflösung bestehender Festkörperbrücken durch chemische Lösungsprozesse und die Reduktion der Haftreibung durch das eindringende Wasser bestimmt werden. Solche Prozesse können auf der Basis mikromechanischer Modelle erklärt und quantitativ beschrieben werden. Im Beitrag wird ein idealisiertes Modell aus radialsymmetrischen Partikeln mit einer heterogenen Größenverteilung vorgestellt. Unter Verwendung weniger Materialparameter für die Partikel, die eindringende Flüssigkeit und die Festkörperbrücken, wie elastische Materialkoeffizienten, Oberflächenspannung, Kontaktwinkel und Bruchstabilität, werden die dynamischen Bewegungsgleichungen des mechanischen Systems integriert und liefern so die gewünschten Aussagen. Man findet speziell bei einer Druckbelastung Kaskaden von irreversibel erfolgenden Rissen der ursprünglich vorhandenen Festkörperbrücken, die letztendlich auf einer makroskopischen Skala zu spontanen Sackungen führen. Die so erhaltenen Ergebnisse stimmen sehr gut mit experimentellen Laboruntersuchungen überein. Das vorgestellte Modell bietet die Möglichkeit, eine genaue Berücksichtigung der Material- und Struktureigenschaften einschließlich der Form- und Größenverteilung der Partikel und der Dynamik des Porenwassers zu realisieren und den Anschluss an die klassischen Theorien von Terzaghi und Biot auf einer mikroskopischen Basis zu erreichen. Damit lassen sich Baugrundmodellierungen einfacher, redundanter und auch kostengünstiger gestalten.