Titelaufnahme

Titel
Numerische Modellierung der Unterströmung von Dämmen
Weitere Titel
Numerical Modelling of underseepage of dams
AutorInnenCankaya, Basma
GutachterSzabo, Marek
Erschienen2017
Datum der AbgabeNovember 2017
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Damm / numerische Modellierung / Hochwasserschutzdamm / Unterströmung / Grundwasserleiter / physikalisches Modell
Schlagwörter (EN)dam / numerical modelling / levee / underseepage / aquifer / physical model
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Dämme entlang von Flüssen sind Bauwerke, die primär zum Schutz des Hinterlandes vor Überflutungen dienen. Auf Grund der unregelmäßig wiederkehrenden hydraulischen Belastung sind derartige Dammbauwerke hinsichtlich der Entstehung von Versagen kritischer zu betrachten als permanent benetzte Dämme, welche in regelmäßigen Abständen kontrolliert werden.

Im Falle einer Unterströmung der Dämme ist jedoch bei beiden Dammarten Vorsicht geboten. Langzeitlich führt die Strömung zur Umlagerung von Bodenpartikeln in der Bodenstruktur und schwächt damit den Boden, sodass sich unter dem Dammkörper Erosionsröhren ausbilden, die ein Dammversagen herbeiführen kön-nen.

Während dieses Vorganges baut sich im durchlässigen Untergrund (Grundwaserleiter) ein Überdruck auf die oberflächennahe Deckschicht auf, der unter bestimmten Bedingungen ein Aufbrechen oder Erodieren der Deckschicht auf der Landseite des Dammes zur Folge haben kann. Um solche Schadensfällen zu vermeiden, haben sich in den letzten Jahren Sicherheitsmaßnahmen bewährt, die zur Druckentlastung des durchlässigen Untergrundes herangezogen werden; hierzu werden stark durchlässige Kiessäulen oder Drainagegräben am landseitigen Dammfuß eingebaut, welche den hydrostatischen Druck kontrolliert entlasten. Um diese Druckentlastungssysteme in Form von Drainageelementen dimensionieren zu können, werden heutzutage meist numerische Methoden eingesetzt.

Auf Basis einer Beschreibung der verschiedenen Versagensmechanismen werden die entsprechenden Sicherungsmaßnahmen diskutiert und mittels numerischen Modellierungsmethoden berechnet. Der Schwerpunkt liegt dabei in der Beurteilung der Wirkungsweise von Kiessäulen mit Hilfe vereinfachter zweidimensionaler numerischer Modelle. Als Grundlage hierzu dienen die Ergebnisse von kleinmaßstäblichen Modellversuchen zur Bestimmung der Entspannungswirkung von Drainagesäulen. Mittels Kalibrierung des numerischen Vergleichsmodells wird eine möglichst gute Übereinstimmung mit der physikalischen Modellierung gesucht. Abschließend werden die Berechnungsergebnisse der Parameterstudie miteinander verglichen und daraus Rückschlüsse für die Anwendung von solchen Modellen gezogen.

Zusammenfassung (Englisch)

Dams along rivers are structures that serve primarily to protect the hinterland from flooding. Due to the irregularly always recurring hydraulic load, dam structures of this type are to be regarded as more critical in terms of the occurrence of failure than permanently damped dams, which are controlled at a regular basis. However, in the case of an underflow of the dams, caution should be exercised at both types of the dams. In the long term, the flow leads to a rearrangement of soil particles in the soil structure and as follows weakens up the soil so that erosion tubes form under the dam body which can cause a dam failure. In the long term, the flow leads to the rearrangement of soil particles in the soil structure and thus weakens up the soil so that erosion tubes form under the dam structure which can cause a dam failure.

During this process, an overpressure builds up on the superficial surface layer (basic fiber conductor) which, under certain conditions, can cause breaking or eroding of the outer layer on the land side of the dam. To avoid such damage, safety measures have proved successfully in the recent years, which are used to relieve pressure on the permeable substrate. For this purpose, highly permeable casting columns or drainage trenches are installed at the landside of the dam which relieve the hydrostatic pressure in a controlled manner. To be able to dimension these pressure relief systems in form of drainage elements, numerical methods are usually used today.

Based on a description of the various failure mechanisms, the corresponding safety measures are discussed and calculated using numerical modelling methods. The focus is on the assessment of the impact of casting columns using simplified two-dimensional numerical models. The results of small-scale model tests for determining the relaxation effect of drainage columns are used as a basis for this. By means of calibration of the numerical comparison model, the best possible correspondence with the physical modelling is sought. Finally, the calculation results of the parameter studies are compared with one another and conclusions drawn from the use of such models.