Ein Beitrag zur numerischen Simulation des progressiven Erosionsbruches bei Steinschüttdämmen

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Motivation
• Sicherheitsbetrachtung von Stauanlagen
• Ansicht einer Sicherheitsgesellschaft
• Ansicht einer Risikogesellschaft (Risikomanagement)
• Sicherheitsbetrachtung in Österreich
• Gliederung der Diplomarbeit
• Historische Versagensereignisse
• Allgemein
• Bruch des Sadd-el-Kafara Dammes (Ägypten)
• Bruch des Oros-Dammes (Brasilien)
• Bruch des Teton-Dammes (Idaho, USA)
• Bruch des Ringdammes Taum Sauk (Missouri, USA)
• Versagensursachen
• Allgemein
• Häufigkeit der Versagensursachen
• Überströmen
• Durchströmen und Dichtungsprobleme
• Grundbruch und andere strukturelle Probleme
• Sabotage
• Versagensformen aus technischer Sicht
• Geotechnisches Versagen
• Geohydraulisches Versagen
• Hydraulisches Versagen (progressiver Erosionsbruch)
• Allgemein
• Versagensphasen des Erosionsbruches
• Erosionsprozesse
• Sohlerosion
• Seitenerosion
• Breschenentwicklung im Längsschnitt nach Sametz
• Ansätze für die Berechnung des Erosionsbruches
• Allgemein
• Empirische Lösung
• Analytische Lösung
• Plötzlicher Dammbruch nach Ritter
• Analytische Lösung nach Broich
• Parametermodelle
• Numerische Modelle
• Allgemein
• Programm 2dMb der VAW der ETH ZÜRICH
• Beschreibung des Programmes
• Zu kalibrierende Parameter
• Programmstruktur
• Kalibrierung des Programms 2dMb durch die Versuche von Sametz
• Aufgabenstellung
• Versuche von Sametz an der TU GRAZ
• Versuchsaufbau der Versuchsreihe
• Versuchsergebnisse
• Berechnungen mit 2dMb
• Modellierung von Versuchsgerinne und Damm
• Voruntersuchungen
• Allgemein
• Geometrische Bedingungen und Rechennetz
• Rauheitsbelegung
• Material (Rauheit und Korndurchmesser)
• Kornklassen
• Porosität
• Variation des anfänglichen Überstaus
• Dammzonierung und Simulation der Dichtung
• Kalibrierung des Modells 2dMb
• Vorgangsweise der Kalibrierung
• Simulation mit Transportformel nach Meyer-Peter-Müller
• Abflussganglinien
• Sohlerosionsverlauf und Wasserspiegelverlauf
• Beurteilung
• Simulation mit Transportformel nach Meyer-Peter-Müller modifiziert nach Hunziker
• Abflussganglinien
• Sohlerosionsverlauf und Wasserspiegelverlauf
• Beurteilung
• Simulation mit Transportformel der VAW (ETH ZÜRICH)
• Abflussganglinien
• Sohlerosionsverlauf und Wasserspiegelverlauf
• Beurteilung
• Zusammenfassende Beurteilung der Kalibrierungsberechnungen
• Validierung des Programms 2dMb mit Großfeldversuchen in Norwegen
• Allgemein
• Versuche am Røssvatn-Damm
• Allgemein
• Versuchsaufbau und -gelände
• Messeinrichtungen
• Versuchsaufbau von Versuch 1-03
• Versuchsdurchführung und Versuchsergebnisse
• Aufbereitung und Interpretation der Versuchsergebnisse
• Berechnung mit 2dMb
• Speicherraum und Damm
• Netzgeometrie
• Hydraulische Randbedingungen
• Zwegeteilte Modellierung des Dammquerschnittes
• Korndurchmesser und Rauheit
• Simulation mit den Winkeln 75-38-15
• Simulation mit den Winkeln 80-50-15
• Dreidimensionale Darstellung der Dammbruchsimulation mit den Winkeln 80-50-15
• Beurteilung der Ergebnisse der Validierung
• Dammbruchsimulation Projekt Speicherkraftwerk Kühtai
• Allgemein
• Projektbeschreibung
• Der Ausbau der Kraftwerksgruppe Sellrain-Silz
• Speicher Kühtai
• Stauamm Kühtai
• Allgemein
• Dammaufbau
• Dichtungskern (Zone 1)
• Filterzonen (Zone 2)
• Stützkörper (Zone 3, 4a und 4)
• Steinsatz (Zone 5)
• Problemstellung
• Berechnungen mit 2dMb
• Berechnungsparameter und Eingangsdaten
• Netzstudie
• Parameterstudie
• Allgemein
• Definition der Zellengeometrie
• Definition von Korndurchmesser und Rauheiten
• Untersuchung zur Berücksichtigung des Felsuntergrundes
• Parameteruntersuchung Zonierung
• Zone 3 auf der Luftseite
• Zone 4 auf der Luftseite
• Homogener Damm aus Zone 4
• Parameteruntersuchung kritische Winkel der Böschungsstabilität
• Änderung Speicherinhalt - Extremszenarien
• Dammbruchprognose Kühtai mit dem feinen Rechennetz
• Beurteilung der Berechnungsergebnisse der numerischen Simulation
• Vergleich der Ergebnisse aus anderen Berechnungsmodellen
• Vergleich mit der Analytischen Lösung nach Broich
• Vergleich mit der Lösung aus dem Parametermodell von Sametz

Zusammenfassung und Ausblick

Schlüsselwörter

Dammbruch, Erosionsbruch, Staudamm, numerische Simulation, Flachwassermodell, 2dMb, Meyer-Peter-Müller, Kalibrierung, Validierung, Speicherkraftwerk Kühtai

Häufig gestellte Fragen

Was versteht man unter einem progressiven Dammerosionsbruch?

Im Gegensatz zu Staumauern, die plötzlich versagen können, bricht ein Schüttdamm meist allmählich durch Erosion (Sohl- und Seitenerosion), was als progressiver Erosionsbruch bezeichnet wird.

Welches Simulationsprogramm wurde in der Arbeit verwendet?

Es wurde das Flachwasser-Fluidmechanik-Programm 2dMb der ETH Zürich verwendet, das speziell die Simulation einer veränderlichen Sohle ermöglicht.

Wie wurde die Zuverlässigkeit der Simulation sichergestellt?

Das Programm wurde zunächst mit kleineren Modellversuchen (Sametz) kalibriert und anschließend an einem Großfeldversuch am Røssvatn-Damm in Norwegen validiert.

Welches reale Projekt wurde mit der Simulation untersucht?

Die Arbeit berechnet die Ausflussganglinie für einen potenziellen Dammbruch am geplanten Speicherkraftwerk Kühtai in Österreich.

Was sind die häufigsten Ursachen für ein Dammversagen?

Zu den technischen Ursachen gehören Überströmen, Durchströmen (Dichtungsprobleme), geotechnisches Versagen oder strukturelle Probleme wie Grundbruch.