Zur Modellierung von Kriechhängen

Diese Arbeit behandelt die Simulation von langsam kriechenden Massenbewegungen mit bestehenden und einer neuen Erweiterung eines bestehenden viskosen Materialmodells. Die nichtlinear- viskosen Materialmodelle nach NORTON und nach VULLIET-HUTTER, sowie die neue Erweiterung werden auf ihre Eignung zur Abbildung von Kriechgeschwindigkeiten an Kriechhängen untersucht. Die Anwendbarkeit wird am Fallbeispiel des Hochmais-Atemkopf -Kriechhanges oberhalb des Gepatsch-Stausees in Österreich überprüft. Das erste Materialmodell berechnet die viskosen Verzerrungsraten als Funktion der Deviatorspannung, die anderen beiden Materialmodelle berücksichtigen neben der Deviatorspannung noch den hydrostatischen Druckanteil. Die Materialparameter werden an einer Vielzahl an Laborversuchen, u.a. auch an lastgesteuerten Kriechversuchen im Triaxialgerät bestimmt. Da es für die Ermittlung viskoser Materialparameter keine genormten Verfahren gibt, werden die ansonsten vorwiegend empirisch angenommenen viskosen Materialparameter in dieser Arbeit an die Ergebnisse der Kriechversuchen angepasst.


Die numerischen Berechnungen erfolgen mit der Methode der Finiten Elemente mit dem Softwarepaket ABAQUS. Das erste viskose Materialmodell ist standardmäßig in ABAQUS verfügbar, die letzten beiden werden als User Material Subroutine zusätzlich implementiert. Die hierfür programmierten Subroutinen werden anhand des Triaxialversuchs und der unendlich langen Böschung, für die es analytische Lösungen gibt, validiert.


Mit den Parametern aus den Laborversuchen wird das Fallbeispiel des Hochmais-Atemkopf-Kriechhanges simuliert und die berechneten Geschwindigkeiten mit den vor Ort gemessenen Geschwindigkeiten verglichen. Bei den gemessenen Bewegungsvektorenist ein, über die Jahre hinweg, linearer Kriechtrend, der durch zyklische Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen überlagert ist, deutlich zu erkennen. Die Geschwindigkeitsänderungen sind allerWahrscheinlichkeit nach Porenwasserdruckschwankungen zuzuschreiben. Die Finite Element Berechnung erfolgte daher hydromechanisch gekoppelt. Der Einfluss des Porenwasserdrucks auf die Kriechgeschwindigkeit kann mit dem Modell nach VULLIET-HUTTER sowie mit dem neuen, erweiterten viskosen Materialmodell abgebildet werden. Das erweiterte viskose Materialmodell bildet zudem die Verhältnisse der Geschwindigkeiten für verschiedene Porenwasserdruckverteilungen realistisch ab. Die Verhältnisse werden mit dem viskosen Materialmodell nach VULLIET-HUTTER überschätzt. Da die Porenwasserdruckschwankungen sich auf den hydrostatischen Druckanteil auswirken, ist das viskose Materialmodell nach NORTON nicht in der Lage Geschwindigkeitsänderungen infolge Porenwasserdruckschwankungen abzubilden und ist für die Modellierung von Kriechhängen mit Grundwasserschwankungen nicht geeignet.