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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasserbau - IWS

DFG - Forschergruppe: Mechanik teilgesättigter Böden

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In der Natur auftretende Böden befinden sich unter Mitteleuropäischen klimatischen Bedingungen überwiegend im Zustand der Sättigung bzw. der
Teilsättigung. Geotechnische Fragestellungen tangieren daher immer den gekoppelten Strömungs- und Deformationsvorgang der Fluide Wasser und Gas mit dem Korngerüst. Dieser für die geotechnische Praxis hochinteressante Problemkreis, der z.B. bei der Deponietechnik, den Küstenschutzbauwerken, der Endlagersicherheit, dem Schwell- und Schrumpfverhalten von Böden sowie bei der Untersuchung der Standsicherheit von Böschungen eine wesentliche Rolle spielt, wird in der Regel mit bewährten, integralen Stoffmodellen behandelt. Bei diesen Modellkonzepten werden die Fluidphasen zwar durch ihre mechanische Wirkung, nicht jedoch durch ihre individuellen Bewegungszustände berücksichtigt. Obwohl die gängigen Methode der Bodenmechanik ausreichen, um viele der praktisch relevanten geotechnischen Aufgabenstellungen quantitativ zu behandeln, bestehten dennoch große Defizite an theoretischem Wissen, die es verhindern, die heutigen Möglichkeiten moderner Simulationsmethoden für praktische Fragestellungen aus der Geotechnik und dem Tunnelbau auszuschöpfen.

Die Forschergruppe hat sich zum Ziel gesetzt, teilgesättigte Böden als ein Dreiphasen-Gemisch zu behandeln, das aus einem deformierbaren Korngerüst besteht und dessen Porenraum mit Porenwasser und Porengas gefüllt ist. Um den Einfluss der Porenfluide auf das mechanische Verhalten des Bodens beschreiben zu können, werden Experimente mit entsprechenden Anfangs- und Randbedingungen durchgeführt, deren Ergebnisse sowohl für die Ermittelung von Parameterfunktionen integraler Stoffmodelle als auch für die Stoffmodelle im Rahmen der Theorie poröser Medien verwendet werden. Neben der Beschreibung der elastisch-plastischen bzw. der elastisch-viskoplastischen Festkörperdeformation sollen die zu
entwickelnden Modelle auch Phasenaustauschprozesse zwischen den Porenfluiden sowie zwischen dem Feststoffskelett und den Porenfluiden zur Beschreibung von Schwell- und Schrumpfvorgängen beschreiben.


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