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Projekt
Entwicklung eines einheitlichen Ansatzes für den Boden-Bauwerk-Kontakt in grobkörnigen Böden durch Experimente und Simulationen (DUFSSI)
Fachliche Zuordnung
Geotechnik, Wasserbau
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 580832354
Das Projekt DUFSSI untersucht die Herausforderungen bei der Modellierung des komplexen Verhaltens an der Grenzfläche zwischen granularem Boden und Strukturelementen. Forscher der Technischen Universität München und des Karlsruher Instituts für Technologie kooperieren, um das Scherverhalten von Grenzflächen durch experimentelle Tests (WP1), numerische Simulationen mittels der Diskreten Elemente Methode (DEM) (WP2) und innovative Modellierungsansätze (WP3 & WP4) voranzutreiben. Ziel ist die Entwicklung eines neuartigen Simulationsrahmens, der den Stick-Slip-Übergang mit modernen Bodenmodellen erfasst. Dadurch sollen experimentell beobachtete Phänomene wie Scherlokalisation, Kornzertrümmerung und die Kopplung von Normal- und Scherspannungen realistischer als mit bisherigen Methoden dargestellt werden. Ein umfassendes experimentelles Programm charakterisiert das Verhalten unterschiedlicher körniger Materialien wie Rund- und Brechkorund sowie Karlsruher Sand durch Element- und Grenzflächenscherversuche. Diese Experimente liefern eine breite Datenbasis mit variierenden Randbedingungen. Zusätzlich werden DEM-Simulationen durchgeführt und kalibriert, um Boden- und Grenzflächenverhalten nachzubilden. Fortschrittliche Methoden behandeln wesentliche Einflussfaktoren wie Kornform und Versagen unter hohen Spannungen. Ein synthetischer Schertest ermöglicht parametrische Studien zu Korngrößen, Bodenzustand und Oberflächenrauheit. Die experimentelle und DEM-Datenbank wird durch hochwertige Literaturdaten ergänzt. Diese Daten dienen der Validierung und Erweiterung eines mathematischen Stick-Slip-Modells, das den Übergang von Haften zu Gleiten unter Berücksichtigung von Belastungsgeschichte, Oberflächenrauheit und mikrostruktureller Entwicklung verfeinert. Das letzte Arbeitspaket integriert das verbesserte Stick-Slip-Modell in fortschrittliche konstitutive Rahmen wie Hypoplastizität und Neohypoplastizität, um die gekoppelte Normal- und Scherspannung zu simulieren. Die Implementierung in einen Finite-Elemente-Rahmen erlaubt die Validierung mit experimentellen Ergebnissen und DEM-Simulationen. Durch die Weiterentwicklung von Grenzflächenmodellen, insbesondere im Hinblick auf Normalspannungsschwankungen, soll das Projekt die Genauigkeit geotechnischer Simulationen steigern und realistischere Vorhersagen zur Boden-Bauwerk-Interaktion ermöglichen.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
