Instationärer Wassertransport in quellfähigen Böden unter gekoppelten hydraulischen, mechanischen und thermischen Randbedingungen: experimentelle und numerische Untersuchung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Tom Schanz, Ph.D. (†)
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229210044

Gekoppelte thermisch-hydraulische Fließprozesse und ihre Einflüsse auf das Bodenverhalten steuern eine Reihe von geotechnischen Fragestellungen wie z.B. die Weiterentwicklung der Technologie un-terirdischer Hochspannungsleitungen, der tiefen und flachen Geothermie sowie der Öl- und Gaspro-duktion. Darüber hinaus spielen thermische und hydraulische Aspekte eine entscheidende Rolle beim konzeptionellen Design von unterirdischen Lagerstätten für Brennstäbe und mittelradioaktive Abfälle. Als eine Folge des fortschreitenden Klimawandels wird des Weiteren weltweit und auch in Regionen Zentral-und Nordeuropas die thermische Austrocknung von natürlichen Böden erwartet.Typischer Weise sind quellfähige Böden von den oben angeführten Fragestellungen betroffen. Die zugehörigen experimentellen Untersuchungen des gekoppelten thermo-hydraulisch-mechanischen (THM) Verhaltens von quellfähigen Böden stellen eine besondere Herausforderung dar und sind keine gängige Praxis in bodenmechanischen Laboren. Entsprechend fehlen konventionelle und erprobte Versuchstechniken zum Erfassen des THM-Verhaltens quellfähiger Böden. Die wenigen vorhandenen experimentellen Versuchstechniken beziehen sich ausschließlich auf die Untersuchung gesättigter Böden. Versuchsergebnisse zum THM-Verhalten von ungesättigten Böden liegen kaum vor, beson-ders für quellfähige Tone.Ziel des beantragen Forschungsprojektes ist es, diese Lücke durch die Entwicklung eines Versuchs-aufbaus zu schließen, welcher es erlaubt, Temperatur-, Saugspannungs- und Wassergehalts-Profile in quellfähigen Böden unter kontrollierten thermischen und hydraulischen Gradienten gezielt zu gene-rieren. Die experimentellen Arbeiten sind extrem zeit- und damit auch kostenintensiv. Aus diesem Grund werden im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens theoretische und numerische Mo-dellierungskonzepte entwickelt und implementiert. Diese erlauben eine Prognose des Bodenverhaltens während des einzelnen THM-Versuchs und weit über die Laufzeit der Experimente hinaus.Um diese Forschungsarbeiten zu vervollständigen wird eine Kalibrierung des numerischen Modells und des angewendeten Stoffgesetzes mittels inverser Analyse sowie eine Validierung der Ergebnisse mittels Sensitivitätsanalyse durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Thermosäule
• Gerätegruppe: 5830 Thermoelektrische Wandler, Thermosäulen