Experimentelle Untersuchung des kapillaren Kollapses teilgesättigter granularer Böden bei Aufsättigung (KAKO)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Grabe
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516409567

Das Ziel der zweiten Förderperiode ist die Formulierung eines konstitutiven Modells für den kapillaren Kollaps granularer Böden mit bimodaler Porosität im Rahmen der Kontinuumsmechanik. Der kapillare Kollaps wird als irreversible volumetrische Deformation definiert, die durch eine Erhöhung des Sättigungsgrades teilgesättigter Böden ausgelöst wird. Dieses Phänomen wird von mehreren miteinander verknüpften Faktoren bestimmt, darunter die Bewässerungsbedingungen, der aufgebrachte Spannungszustand und die Porosität des Bodens. Die erste Förderperiode hat bereits eine umfassende experimentelle Grundlage geliefert, die von makroskopischen Versuchen bis hin zu Untersuchungen auf Partikelebene reicht. Diese Studien haben gezeigt, dass der kapillare Kollaps stark mit dem Wasserretentionsverhalten des Bodens und den auferlegten Randbedingungen verknüpft ist. Insbesondere hat sich gezeigt, dass das Vorhandensein von porösen Braunkohlepartikeln den Kollapsmechanismus beeinflusst. Daher ist die Bewertung von Böden mit unterschiedlichem Braunkohlegehalt entscheidend, um das wahre Ausmaß dieses Effekts zu erfassen. Die zentrale Herausforderung besteht nun darin, einen mathematischen Zusammenhang zu entwickeln, der die maßgebenden Faktoren integriert und das Ausmaß des Kollapses präzise vorhersagt. Dies zu erreichen, wird die Grundlage für die Vorhersage von Bodensackungen schaffen. Unter Verwendung des bereits verfügbaren umfassenden experimentellen Datensatzes zielt die vorgeschlagene Arbeit darauf ab, ein konstitutives Modell abzuleiten, zu formulieren und zu validieren, das bimodale Porosität, Wasserretentionsverhalten und Kollapsmechanismen miteinander verbindet. Dieses Modell wird die Basis für zukünftige rechnergestützte Anwendungen und die Erweiterung prädiktiver Werkzeuge in der Mechanik teilgesättigter Böden bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen