Eine Möglichkeit der Stabilisierung von verflüssigungsgefährdeten lockergelagerten wassergesättigten Sanden ist der Einsatz von kompressiblen Elementen (Luftpolstern) und Entspannungselementen (Dränagen). Auf diesen Wegen werden die infolge einer Beanspruchung entstehenden hohen Porenwasserdrücke am Ort ihrer Entstehung oder an Grenzen für zu schützende Objekte schnell abgebaut oder rasch verteilt, damit ihre Fortpflanzung beschränkt wird. Dabei wird der Porenwasserdruck auf ein Maß vermindert, bei dem noch im undränierten Zustand eine ausreichend große Scherfestigkeit im Lockergesteinsmaterial vorhanden ist, die die Sicherheit gegen Verflüssigung gewährleistet. Durch Implementierung von speziellen Randbedingungen in das Programmsystem PCGEOFIM, die den Druckaufbau an der Stelle der Beanspruchung und die Entlastung an der Barriere beschreiben, wurde die Modellierung von solchen aufgebauten Porenwasserdruckbarrieren ermöglicht. Die durchgeführten Modellversuche und die Modellierungsergebnisse bestätigen die Wirksamkeit von kompressiblen Elementen und Entspannungselementen.

Die Methode der Böschungsertüchtigung mit Erdbetonstützscheiben ist ein etabliertes Verfahren. In der Vergangenheit entwickelte Bemessungsverfahren für Böschungen mit Stützscheiben konnten sich bis heute nicht durchsetzen. Stattdessen behilft man sich in der Praxis mit einer Art Ersatzverfahren. Mit diesem Verfahren wird die Standsicherheit der Böschung mit Stützscheiben teilweise unzutreffend ermittelt. Dies wird in der Arbeit begründet und anhand von Beispielen verifiziert. Die Tragwirkung der Stützscheiben kann nur durch räumliche numerische Berechnungen ausreichend genau erfasst werden. Es wird eine zwingend erforderliche Typisierung der Stützscheiben bezüglich ihres Tragverhaltens und des Bruchmechanismus durchgeführt. Die erreichbare Stabilisierungswirkung der Stützscheiben hängt wesentlich von der Scheibengeometrie und dem Scheibenabstand ab. In der Arbeit werden für einen Scheibentypen der Versagensmechanismus, das Tragverhalten sowie deren Einflüsse ausführlich analysiert und anschließend ein Bemessungsverfahren hergeleitet. Für weitere Scheibentypen werden Vorschläge für mögliche Bemessungsverfahren angegeben.

Die Oberflächen von Erdbauwerken sind neben den von der Funktion abhängigen Beanspruchungen z. B. als Verkehrsdamm, Deponieböschung oder Deich, auch witterungsbedingten Einwirkungen ausgesetzt. Frost-Tau-Wechsel können zur Auflockerung der obersten Schichten führen und Tauperioden sowie starke Niederschläge zur Sättigung des Bodens. In letzter Zeit häufen sich Rutschungen der oberflächennahen Bereiche an Verkehrsdämmen, Lärmschutzwällen und teilweise auch an Deichen. Ursachen sind die unzureichende Festigkeit des Bodens, die fehlende Stabilisierung durch Bewuchs und Beanspruchungen durch abströmendes Wasser. Das Forschungsprojekt am ZAFT hat zum Ziel, die oberste Schicht von Böschungen zu verbessern. Es sollen wirtschaftliche Alternativen zu den klassischen Verfahren des Erd- und Grundbaus entwickelt werden, mit denen die flächendeckende Sicherung von Erdbauwerken möglich wird.

Die Oberflächen von Erdbauwerken sind neben den von der Funktion abhängigen Beanspruchungen z. B. als Verkehrsdamm, Deponieböschung oder Deich, auch witterungsbedingten Einwirkungen ausgesetzt. Frost-Tau-Wechsel können zur Auflockerung der obersten Schichten führen und Tauperioden sowie starke Niederschläge zur Sättigung des Bodens. In letzter Zeit häufen sich Rutschungen der oberflächennahen Bereiche an Verkehrsdämmen, Lärmschutzwällen und teilweise auch an Deichen. Ursachen sind die unzureichende Festigkeit des Bodens, die fehlende Stabilisierung durch Bewuchs und Beanspruchungen durch abströmendes Wasser. Das Forschungsprojekt am ZAFT hat zum Ziel, die oberste Schicht von Böschungen zu verbessern. Es sollen wirtschaftliche Alternativen zu den klassischen Verfahren des Erd- und Grundbaus entwickelt werden, mit denen die flächendeckende Sicherung von Erdbauwerken möglich wird.

Eine Möglichkeit der Stabilisierung von verflüssigungsgefährdeten lockergelagerten wassergesättigten Sanden ist der Einsatz von kompressiblen Elementen (Luftpolstern) und Entspannungselementen (Dränagen). Auf diesen Wegen werden die infolge einer Beanspruchung entstehenden hohen Porenwasserdrücke am Ort ihrer Entstehung oder an Grenzen für zu schützende Objekte schnell abgebaut oder rasch verteilt, damit ihre Fortpflanzung beschränkt wird. Dabei wird der Porenwasserdruck auf ein Maß vermindert, bei dem noch im undränierten Zustand eine ausreichend große Scherfestigkeit im Lockergesteinsmaterial vorhanden ist, die die Sicherheit gegen Verflüssigung gewährleistet. Durch Implementierung von speziellen Randbedingungen in das Programmsystem PCGEOFIM, die den Druckaufbau an der Stelle der Beanspruchung und die Entlastung an der Barriere beschreiben, wurde die Modellierung von solchen aufgebauten Porenwasserdruckbarrieren ermöglicht. Die durchgeführten Modellversuche und die Modellierungsergebnisse bestätigen die Wirksamkeit von kompressiblen Elementen und Entspannungselementen.

Die Methode der Böschungsertüchtigung mit Erdbetonstützscheiben ist ein etabliertes Verfahren. In der Vergangenheit entwickelte Bemessungsverfahren für Böschungen mit Stützscheiben konnten sich bis heute nicht durchsetzen. Stattdessen behilft man sich in der Praxis mit einer Art Ersatzverfahren. Mit diesem Verfahren wird die Standsicherheit der Böschung mit Stützscheiben teilweise unzutreffend ermittelt. Dies wird in der Arbeit begründet und anhand von Beispielen verifiziert. Die Tragwirkung der Stützscheiben kann nur durch räumliche numerische Berechnungen ausreichend genau erfasst werden. Es wird eine zwingend erforderliche Typisierung der Stützscheiben bezüglich ihres Tragverhaltens und des Bruchmechanismus durchgeführt. Die erreichbare Stabilisierungswirkung der Stützscheiben hängt wesentlich von der Scheibengeometrie und dem Scheibenabstand ab. In der Arbeit werden für einen Scheibentypen der Versagensmechanismus, das Tragverhalten sowie deren Einflüsse ausführlich analysiert und anschließend ein Bemessungsverfahren hergeleitet. Für weitere Scheibentypen werden Vorschläge für mögliche Bemessungsverfahren angegeben.

Restlöcher ausgekohlter Braunkohlentagebaue werden aus landeskulturellen und ökonomischen Gründen wasserwirtschaftlich als Speicher, Hochwasserrückhaltebecken, Klärteiche, Wassergewinnungsanlagen sowie zur Naherholung genutzt. Diese Restlöcher werden zum großen Teil von aus geschüttetem Abraum bestehenden Böschungen umschlossen. Bei Wasserspiegelschwankungen neigen diese unbefestigten Böschungen zum Rutschen. Als Folge dieser Böschungsrutschungen bilden sich auf der Wasseroberfläche Wellen, die eine beachtliche Größe erreichen können. Diese Schwallwellen übertreffen in ihren Ausmaßen die Windwellen in den Tagebaurestlöchern um ein Vielfaches. Um diese Erscheinungen vorausberechnen zu können, wurden im Hubert-Engels-Laboratorium der Sektion Wasserwesen Untersuchungen durchgeführt. Die Entwicklung einer allgemeingültigen Berechnungsmethode für die Schwallwelle bei der Bewegung eines Teiles der das Wasserbecken begrenzenden Böschung verlangt die Einführung erfassbarer Parameter wie der Breite der rutschenden Böschung, den zeitlichen Verlauf der Wasserverdrängung sowie Tiefen- und Lageverhältnisse des Beckens. Die dafür notwendigen Kennzahlen können nur näherungsweise bestimmt werden, so dass einfache Beckengeometrien, ein über die Rutschzeit gleich bleibender Verlauf der Wasserverdrängung und Erhaltung der Böschungskante einem Berechnungsverfahren zugrunde gelegt werden müssen. Für die Berechnung des Füllschwalles auf das ruhende Wasser sind einige Verfahren bekannt geworden, die auf eine gemeinsame Gleichung für die Berechnung der Schwallhöhe zurückzuführen sind. Für die ebene Ausbreitung des Füllschwalles über Ruhewasser ergeben sieh zwei prinzipielle Abflussmöglichkeiten: Auflösung in Wellen oder brandender Schwallkopf. Diese beiden Möglichkeiten sowie der Übergangsbereich werden durch FROUDE-zahlen festgelegt. Der Wellenkopf von Füllschwallwellen wird durch eine Einzelwelle gebildet. Die Rutschung einer Böschung wurde durch die gleichzeitige Horizontal- und Vertikalbewegung einer Platte nachgebildet. Die Bewegung der Platte, die entstehenden Wellen und die Kräfte auf Auflaufböschung wurden durch einen Oszillografen aufgezeichnet. Die Auswertung der Versuche ergab eine Übereinstimmung zwischen Messergebnissen und den Berechnungen nach den Gesetzen des Füllschwalls. Die sekundlich verdrängte Wassermenge pro Breiteneinheit und die Ruhewassertiefe bestimmen die entstehenden Schwallwellen. Ein Einfluss der vertikalen Bewegungskomponente ist im untersuchten Bereich nicht nachweisbar. Die dynamischen Kräfte auf die Abschlussböschung können durch den Impuls der Einzelwelle dargestellt werden. Die räumliche Ausbreitung der Schwallwellen wurde in einem Modell untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die größten Wellenhöhen in der Richtung der Bewegung der Platte auftreten, während die Wellenhöhen in seitlichen Ausbreitungsrichtungen kleiner sind. Berechnungsansätze für die maximale Wellenhöhe der front wurden ermittelt. Als Ergebnis wurde ein Berechnungsverfahren entwickelt, welches ausgehend von den Parametern dar Rutschung, die Eigenschaften der Schwallwellen einschließlich der durch sie hervorgerufenen Belastungen auf der Auflaufböschung ermöglicht. Mit diesem Berechnungsverfahren ist es möglich, Böschungen wirtschaftlich zu gestalten und schädliche Rückwirkungen auf das Staubecken durch Schwallwellen zu vermeiden. Bisher notwendige Kosten für eine sehr flache Gestaltung der Böschung können entfallen. Gleichzeitig bleibt ein größerer nutzbarer Stauraum erhalten. Die Digitalisierung der vorliegenden Arbeit durch die Sächsische Landesbibliothek - Staats- und Universitätsbibliothek Dresden (SLUB) wurde durch die Gesellschaft der Förderer des Hubert-Engels-Institutes für Wasserbau und Technische Hydromechanik an der Technischen Universität Dresden e.V. unterstützt.

Restlöcher ausgekohlter Braunkohlentagebaue werden aus landeskulturellen und ökonomischen Gründen wasserwirtschaftlich als Speicher, Hochwasserrückhaltebecken, Klärteiche, Wassergewinnungsanlagen sowie zur Naherholung genutzt. Diese Restlöcher werden zum großen Teil von aus geschüttetem Abraum bestehenden Böschungen umschlossen. Bei Wasserspiegelschwankungen neigen diese unbefestigten Böschungen zum Rutschen. Als Folge dieser Böschungsrutschungen bilden sich auf der Wasseroberfläche Wellen, die eine beachtliche Größe erreichen können. Diese Schwallwellen übertreffen in ihren Ausmaßen die Windwellen in den Tagebaurestlöchern um ein Vielfaches. Um diese Erscheinungen vorausberechnen zu können, wurden im Hubert-Engels-Laboratorium der Sektion Wasserwesen Untersuchungen durchgeführt. Die Entwicklung einer allgemeingültigen Berechnungsmethode für die Schwallwelle bei der Bewegung eines Teiles der das Wasserbecken begrenzenden Böschung verlangt die Einführung erfassbarer Parameter wie der Breite der rutschenden Böschung, den zeitlichen Verlauf der Wasserverdrängung sowie Tiefen- und Lageverhältnisse des Beckens. Die dafür notwendigen Kennzahlen können nur näherungsweise bestimmt werden, so dass einfache Beckengeometrien, ein über die Rutschzeit gleich bleibender Verlauf der Wasserverdrängung und Erhaltung der Böschungskante einem Berechnungsverfahren zugrunde gelegt werden müssen. Für die Berechnung des Füllschwalles auf das ruhende Wasser sind einige Verfahren bekannt geworden, die auf eine gemeinsame Gleichung für die Berechnung der Schwallhöhe zurückzuführen sind. Für die ebene Ausbreitung des Füllschwalles über Ruhewasser ergeben sieh zwei prinzipielle Abflussmöglichkeiten: Auflösung in Wellen oder brandender Schwallkopf. Diese beiden Möglichkeiten sowie der Übergangsbereich werden durch FROUDE-zahlen festgelegt. Der Wellenkopf von Füllschwallwellen wird durch eine Einzelwelle gebildet. Die Rutschung einer Böschung wurde durch die gleichzeitige Horizontal- und Vertikalbewegung einer Platte nachgebildet. Die Bewegung der Platte, die entstehenden Wellen und die Kräfte auf Auflaufböschung wurden durch einen Oszillografen aufgezeichnet. Die Auswertung der Versuche ergab eine Übereinstimmung zwischen Messergebnissen und den Berechnungen nach den Gesetzen des Füllschwalls. Die sekundlich verdrängte Wassermenge pro Breiteneinheit und die Ruhewassertiefe bestimmen die entstehenden Schwallwellen. Ein Einfluss der vertikalen Bewegungskomponente ist im untersuchten Bereich nicht nachweisbar. Die dynamischen Kräfte auf die Abschlussböschung können durch den Impuls der Einzelwelle dargestellt werden. Die räumliche Ausbreitung der Schwallwellen wurde in einem Modell untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die größten Wellenhöhen in der Richtung der Bewegung der Platte auftreten, während die Wellenhöhen in seitlichen Ausbreitungsrichtungen kleiner sind. Berechnungsansätze für die maximale Wellenhöhe der front wurden ermittelt. Als Ergebnis wurde ein Berechnungsverfahren entwickelt, welches ausgehend von den Parametern dar Rutschung, die Eigenschaften der Schwallwellen einschließlich der durch sie hervorgerufenen Belastungen auf der Auflaufböschung ermöglicht. Mit diesem Berechnungsverfahren ist es möglich, Böschungen wirtschaftlich zu gestalten und schädliche Rückwirkungen auf das Staubecken durch Schwallwellen zu vermeiden. Bisher notwendige Kosten für eine sehr flache Gestaltung der Böschung können entfallen. Gleichzeitig bleibt ein größerer nutzbarer Stauraum erhalten. Die Digitalisierung der vorliegenden Arbeit durch die Sächsische Landesbibliothek - Staats- und Universitätsbibliothek Dresden (SLUB) wurde durch die Gesellschaft der Förderer des Hubert-Engels-Institutes für Wasserbau und Technische Hydromechanik an der Technischen Universität Dresden e.V. unterstützt.