A1 Experimentelle und numerische Untersuchung von PFS unter Berücksichtigung von Kapillareffekten

Projektbeschreibung:

Im teilgesättigten Zustand ist das hydraulische und mechanische Verhalten von Böden geprägt durch Kapillareffekte. Diese beeinflussen zum einen den Transport von Porenwasser und Porenluft, da sich gegenüber dem gesättigten Zustand die Durchlässigkeit des Bodens für Fluide verändert, und zum anderen führt die Kapillarkohäsion zu einer Steigerung der Scherfestigkeit und Steifigkeit des Bodens.

Der Einfluss der Teilsättigung wird schon seit einigen Jahren am Institut für Geotechnik und Baubetrieb der TUHH erforscht, sodass das Promotionsprojekt Bestandteil einer kleinen Arbeitsgruppe wird. Methodische Schwerpunkte des Promotionsprojektes sind die Experimentelle Untersuchung von Kapillareffekten in Böden, beispielsweise mittels computertomografischer Untersuchungen mikroskopischer Vorgänge, sowie die numerische Modellierung hydraulischer und mechanischer Prozesse mittels verschiedener Methoden. Ziel ist ein besseres Verständnis für das gekoppelte hydraulisch-mechanische Verhalten teilgesättigter Böden und eine Verbesserung numerischer Methoden zur Simulation.

Betreuer:

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grabe, Prof. Dr.-Ing. Maksym Dosta

Methodik:

Experimente

  • Spannungs-Dehnungs-Verhalten
  • Kapillardruck-Sättigungs-Verhalten
  • bildgebende Verfahren, z. B. CT-Scans
  • boden-/partikelmechanische Versuche

Modellierung

  • Spannungs-Dehnungs-Modelle für die Verformung des Korngerüsts
  • Kapillardruck-Sättigungs-Modelle
  • Partikelmodell inkl. Kapillarmodell, z. B. überführt aus den Daten von CT-Aufnahmen
  • Kontinuumsmodell inkl. Spannungs-Dehnungs-Modell und Kapillardruck-Sättigungs-Modell
  • numerische Simulation (DEM, FEM, LBM-DEM-Kopplung in Kooperation mit Gastwissenschaftler Krishna Kumar)

Mikroskopische Untersuchung eines Trocknungsvorgangs
aus einer teilgesättigten Glaskugelpackung mittels
Computertomografie

Simulation der einaxialen Kompression einer teilgesättigten Kugel-packung mittels DEM und Bonded Particle Modell (BPM)