Anwendung der Perkolationstheorie zur Analyse des suffosiven Partikeltransportes

Semar, Olivier

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der geometrischen Suffosionsbeständigkeit von Erdstoffen. Mit dem wahrscheinlichkeitstheoretischen Ansatz der Perkolationstheorie wurde ein analytisches Verfahren gewählt, mit dem suffosive Materialtransportprozesse modelliert und quantifiziert werden können. Mit dem verwendeten Perkolationsmodell wurde eine beliebige Porenstruktur eines realen Erdstoffes im 3-Dimensionalen modelliert. Mögliche Materialtransportprozesse innerhalb der modellierten Porenstruktur wurden anschließend simuliert. Allgemein gültige Gesetzmäßigkeiten wurden hergeleitet und Grenzbedingungen formuliert. Diese sind vom Erdstoff unabhängig und beschreiben Zusammenhänge zwischen Materialtransport und Porenstruktur. Anwendbar sind diese Ergebnisse auf homogene, isotrope und selbstähnliche Erdstoffgefüge. Aussagen über konkrete Erdstoffe können über die Transformationsmethode erfolgen. Für die Verwendung der Transformationsmethode ist vorab die relevante Porenstruktur, d. h. die Porenengstellenverteilung, zu ermitteln.

This thesis presents a new approach to analyze the geometrical suffusion stability of soils. With the percolation theory an analytical method is used which takes a 3D pore structure into account. This theory is a branch of the probability theory dealing with properties of random media. Characteristic parameters of the pore structure in 3D can be denoted. Possible granular structural change of arbitrary soils can be simulated and quantified. Self similarity as well as isotropic and homogeneous conditions are therefore assumed. General mathematical interrelationships and limiting conditions of granular structural change were derived. These interrelationships and limiting conditions are irrespective of the soil. They describe the relationship between potential movement of fines and the related pore structure. This requires that in advance the relevant pore structure has to be calculated. Relevant for transport and clogging of fines is the constriction size distribution of the quasi static granular structure.

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Semar, Olivier: Anwendung der Perkolationstheorie zur Analyse des suffosiven Partikeltransportes. 2010.

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