Mikroskalige Betrachtung des hydraulisch-mechanischen Verhaltens teilgesättigter granularer Böden mittels der Computertomografie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Marius Milatz
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401096010

Das geplante Forschungsvorhaben befasst sich mit der experimentellen Untersuchung von teilgesättigten granularen porösen Medien, wie Glaskugeln und Sand, unter Anwendung des bildgebenden Verfahrens der Computertomografie (CT).Im Rahmen umfangreicher experimenteller Untersuchungen soll das makroskopische hydraulische und hydraulisch-mechanische Bodenverhalten auf Basis konventioneller Laborversuche untersucht und mit Ergebnissen auf der mikroskopischen Korn-zu-Korn-Ebene aus CT-Scans an teilgesättigten Proben gegenübergestellt werden. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf das Kapillardruck-Sättigungsverhalten sowie auf die mechanische Wirkung der Kapillareffekte, z. B. in Gestalt der Kapillarkohäsion. Hierfür sind verschiedene Versuchsaufbauten geplant, die die Durchführung von hydraulischen und hydraulisch-mechanischen Experimenten an teilgesättigten Proben und deren Visualisierung durch CT-Aufnahmen ermöglichen.Im Rahmen einer ersten zweijährigen Förderperiode werden die hydraulischen und hydraulisch-mechanischen Experimente im bodenmechanischen Forschungslabor des Instituts für Geotechnik und Baubetrieb sowie an einem Desktop Mikro CT-Scanner am Institut für Biomechanik an der TUHH durchgeführt. Das umfangreiche Bildmaterial wird mit einer bereits vorhandenen Software ausgewertet und gründlich analysiert und interpretiert.In einem angedachten zweijährigen Fortsetzungszeitraum sollen weitere CT-Untersuchungen unter Verwendung von Synchrotron-basierter Röntgenstrahlung am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg durchgeführt werden. Dabei können noch höhere Auflösungen erzielt und aufgrund der kurzen Belichtungszeit schnelle transiente Effekte im teilgesättigten Boden abgebildet werden. Die experimentellen Untersuchungen sollen außerdem durch numerische Studien mit einem Bonded-Particle-Modell (BPM) im Rahmen der Diskrete-Elemente-Methode (DEM), das die Modellierung von Kapillarbrücken in aus CT-Daten abgeleiteten DEM-Modellen erlaubt, ergänzt werden. Dabei wird u. a. das Ziel verfolgt, vorhandene Kapillarbrückenmodelle zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen