Modellierung von Bodendeformationen - mechanische und modelltheoretische Grundlagen und Anwendungsbeispiele

1998

S. 333-346

zahlr. Lit. Ang.

Unselbständiges Werk

200105032

Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde 1998 ; 0401, S. 333-346
; 161(4)

Physikalische und mechanische Prozesse in strukturierten ungesättigten Böden sind sehr komplex, wozu in besonderem Maße auch Einflüsse der Bodenbewirtschaftung und Pflanzen/Boden-Interaktionen beitragen. Aufbauend auf der Beschreibung von Spannungs- und Deformationstensoren werden in dem Übersichtsartikel unterschiedliche Modellansätze zur Quantifizierung von mechanischen und gekoppelten (mechanisch/hydraulischen) Prozessen beschrieben und anhand eines Beispiels validiert. Mechanische Kenngrößen z.B. Spannungen und Partikelbewegungen (=displacement) sind Tensorfuktionen und müssen daher im dreidimensionalen Raum mittels Stress-State-Sensoren (Transducern) (SST) bzw. mehreren Displacement-Transducer-Systemen (DTS) erfaßt werden. Das Spannungs-/Deformationsverhalten von Böden selbst ist nichtliniear, irreversibel und hysteretisch, wobei Bodendeformationen je nach den hydraulischen Leitfähigkeiten unterschiedlich schnell erfolgen. Folglich müssen die entsprechenden Wechselwirkungen zwischen mechanischen und hydraulischen Prozessen Berücksichtigt werden. Je nach Bodenentwicklung bzw. Bodenbearbeitungs- oder Nutzungssystemen variieren die Tensorgrößen: Spannung, Verfomung, Wasserleitfähigkeit in starkem Maße. Die Quantifizierung derartiger nichtlinearer und hysteretischer Prozesse kann mit Hilfe moderner numerischer Methoden wie z.B. der Finite Elemente Modelltechnik (FEM) erfolgen. In dem vorliegenden Übersichtsartikel wird eine kurze Beschreibung von Modellstrukturen gegeben. Empirische Modelle zur Prognose der mechanischen Belastbarkeit werden im Hinblick auf die Änderung physikalischer Eigenschaften im Erstverdichtungsbereich aufgrund von Belastung und/oder Lockerung diskutiert; allerdings können diese Ergebnisse nur als grober Hinweis auf die tatsächlich im Boden ablaufenden Vorgänge gewertet werden. Als Beispiel für die Einsatzbereiche von FEM-Ansätze werden Berechnungen und Messungen zru Bedeutung ehemaliger Pflugsohlen dargestellt und hiermit auch die Möglichkeiten einer eindeutigeren Vorhersage der Wirkung von visuell noch sichtbaren (Platten-)Strukturen auf die Spannungsverteilung gegeben.