Mechanik teilgesättigter Böden, Modellierung von nichtisothermen Gas-Wasser Strömungs- und Transportprozessen in bindigen Böden - Teilprojekt III

Description: Im Rahmen dieses Teilprojektes sollen Methoden zur numerischen Modellierung von nichtisothermen Zweiphasen-Zweikomponenten Strömungs- und Transportprozessen in bindigen Böden unter Berücksichtigung von Schrumpf- und Schwellvorgängen entwickelt werden, wobei ein starres Korngerüst zugrunde gelegt wird, dessen hydraulisch relevante Eigenschaften (z.B. Porosität, Permeabilität) sich aber durch Schrumpfen und Schwellen verändern können. Das Zweiphasen-Zweikomponenten-Modell umfasst hier die beiden Fluidphasen Wasser und Gas sowie die darin enthaltenen Komponenten Wasser (flüssig und gasförmig) und Luft (als Gas bzw. gelöst im Wasser). Solche Modelle spielen beispielsweise für die Beschreibung der Prozesse bei der Austrocknung von Deponieabdichtungen eine Rolle und sind für Fragestellungen hinsichtlich einer dauerhaften Wirkung der Dichtung von besonderer Bedeutung. Diese Arbeiten erfordern eine besonders enge Abstimmung mit Experimenten und Laborversuchen, aus denen konstitutive Beziehungen sowie bodenmechanische und strömungsmechanische Parameter hervorgehen. Es werden zunächst Methoden weiterentwickelt, die es erlauben, numerische Simulationen bis zum Erreichen einer kritischen Sättigung, die dann z.B. zu Schrumpfrissen führt, durchzuführen. Dazu soll eine Methodik konzipiert werden, mit der wesentliche Parameter und Modelleingangsgrößen durch einen Vergleich mit Laborexperimenten (siehe Teilprojekt IV) zuverlässig bestimmt werden können. Die Anwendung inverser Modellierung steht hierbei im Vordergrund. Weiterhin sollen die Einflüsse von kleinskaligen Heterogenitäten, von Auflasten und von Schrumpfprozessen auf die Simulationsergebnisse untersucht werden. Weiter wird die Gültigkeit des Darcy'schen Gesetzes bei sehr geringen Durchlässigkeiten überprüft. Für eine effiziente Simulation der gekoppelten nichtlinearen Prozesse sollen u.a. die Parallelisierung des zugrundeliegenden Programmsystems MUFTE UG sowie ein darin implementiertes Mehrgitterverfahren weiterentwickelt werden. Für die zweite Antragsphase ist eine Kopplung des hier entwickelten Modells mit einem Stoffmodell geplant (siehe Teilprojekt Meißner/Hügel), so dass dann auch Strukturveränderungen wie Schrumpfrisse erfasst werden können.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Kunststoff ? Deponierung ? Substrat ? Abfallbeseitigung ? Sickerwasser ? Deponie ? Geotechnik ? Grundwasserschutz ? Hydraulik ? Software ? Gasförmiger Stoff ? Bodenschutz ? Permeabilität ? Sicherheitstechnik ? Simulation ? Trocknung ? Wasserdurchlässigkeit ? Wassergehalt ? Laborversuch ? Modellierung ? Deponieabdichtung ? Kenngröße ? Abdichtung ? Wasser ? MUFTE UG ? Oberflächenabdichtung ? Porosität ? Rheologie ? Wasserbewegung ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden, Fachbereich Bauingenieurwesen und Architektur, Lehrbereich Geotechnik und Wasserwesen (Mitwirkende)
• Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Fachgebiet Bodenmechanik und Grundbau (Mitwirkende)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• Universität Stuttgart, Institut für Angewandte und Experimentelle Mechanik (Mitwirkende)
• Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau (Betreiber*in)
• Universität Weimar, Professur Bodenmechanik (Mitwirkende)

Time ranges: 2001-12-01 - 2007-11-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Mechanics of Partially Saturated Soils - Mechanics of Partially Saturated Soils - Subproject III: Modelling of Non-Isothermal Gas-Water Flow and Transport Processes in Cohesive Soils
  Description: The objective of this subproject is to develop methods for the numerical modelling of non-isothermal two-phase two-component flow and transport processes in cohesive soils, allowing for shrinkage and swelling processes. With the assumption of a rigid soil skeleton, only the influence of skeleton alterations on the hydraulic properties, such as porosity or permeability, is taken into account. The considered two-phase -- two-component model comprises the fluid phases water and gas and the components water (liquid and gaseous) and air (as gas and dissolved in water). Such models are, for example, required to describe the processes during the desiccation of a mineral liner under a waste-diposal site and are of great importance in investigating the permanent reliability of mineral liners. For this study, close cordination with experiments and laboratory tests is needed to obtain constitutive relations as well as soil and flow properties. The first step is the further development of methods to numerically simulate the desiccation until a critical saturation is reached at which cracks occur. Therefore, a method is conceived which allows us to determine significant parameters and model-input variables by comparison with experiments (see subproject IV Meißner). The main point of interest here is the application of inverse modelling. Additionally, the influence of small-scale heterogeneities, load and shrinkage processes on the simulation results is investigated. Furthermore, the validity of Darcy's Law for such small permeabilities has to be verified. For the efficient simulation of coupled non-linear proceses, parallelisation techniques and multigrid methods have to be improved. An aim of the second project phase is to couple the developed model with a 'Stoffmodell' (see subproject IV Meißner) so that skeleton alterations such as cracks are taken into account. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=85025

Status

Aktiv

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