Gekoppeltes hydromechanisches Verhalten teilgesättigter Böden mittels LBM-DEM-Simulationen: Analyse effektiver Spannungen aufgrund von Kapillarbrücken und sich bewegenden Partikeln

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Grabe
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555801375

Obwohl die meisten Böden im ungesättigten Zustand vorliegen, werden die geotechnischen Berechnungen in der Regel unter Berücksichtigung des gesättigten Zustands durchgeführt, was bedeutet, dass die Luft im Porenraum und damit auch die Kapillarkräfte zwischen den Körnern vernachlässigt werden. In der Geotechnik wird der kapillare Zusammenhalt aus zwei Gründen meist nicht berücksichtigt: Es ist schwierig, ihn zu berechnen und auch sicherzustellen, dass der Wassergehalt des Bodens konstant bleibt. Um die Entwurfswerkzeuge zu verbessern und die Simulation von Böden durch einen Computer zu ermöglichen, werden numerische Methoden eingesetzt. In diesem Forschungsvorhaben soll im ersten Teil eine numerische Methode weiterentwickelt werden, die in der Lage ist, diese ungesättigten Böden auf der Partikel- und Mesoskala zu simulieren. Dieses Tool wird in der Lage sein, Mehrphasenströmungen in körnigen Medien mit der Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) aufzulösen und die Kornbewegung mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) zu verfolgen. Indem man den Impulsaustausch zwischen allen drei Phasen beobachtet, kann man beobachten, was daraus folgt. Das Hauptziel dieser Forschung ist die numerische Visualisierung des hydromechanischen Verhaltens ungesättigter Böden. Das genannte numerische Werkzeug wird weitere Untersuchungen darüber ermöglichen, wie sich effektive Spannungen und damit Steifigkeit und Scherfestigkeit in ungesättigten Medien entwickeln und wie Bodeneigenschaften und Kornbewegung dieses Verhalten beeinflussen. Unter Variation von Bodenparametern und Korneigenschaften werden mehrere numerische Simulationen durchgeführt, um deren Einfluss auf effektive Spannungen und Scherfestigkeit zu beobachten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartnerin: Professorin Reihaneh Hosseini