Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Gefrierverfahren, Tunnelbau, FEM-Modellierung, Labormodelle
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Artificial ground freezing, tunnelling, FEM-modelling, laboratory model
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen die Grundlagen für eine sichere Projektierung des Gefrierverfahrens im Grenzbereich bei fliessendem Grundwasser erarbeitet werden und somit durch eine fundiertere Dimensionierung sowie frühzeitige Problemerkennung Kosten bei künftigen Projekten gespart werden. Hierzu wird ein numerisches 3D-Modell entwickelt, welches sowohl thermische und hydraulische, als auch mechanische Vorgänge gekoppelt abbilden kann (THM-Modell). Mit diesem THM-Modell können die Temperaturverteilung im Frostkörper, die Gefrierzeit, der Energieverbrauch und die Hebung der Oberfläche simuliert werden. Zur Überprüfung des Modells wird eine neue Versuchseinrichtung entwickelt, mit welcher sämtliche relevante Parameter experimentell nachgestellt werden. Mit Hilfe des THM-Modells werden relevante Einflussparameter untersucht und anhand der Ergebnisse Entscheidungshilfen für die Planung von Vereisungsmassnahmen ausgearbeitet.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The research project presented here should deliver the fundamentals for a secure project plannig of artifical groundfreezing in the treshold case, when groundwater flows. With accurate planning, problems could be recognized early and money could be saved. For this purpose, a 3D numerical model should be developed, which can simulate thermical, hydraulical and mechanical coupled processes. With this THM-model the distribution of temperature within the ice-wall, the freezing time, the energy consumption and the heave of the surface can be simulated. A new laboratory test will be developed in order to perform tests under consideration of the relevant parameters. The THM-model wil be verificated with these laboratory test results. After that, the influence of all relevant design parameters will be investigated in order to elaborate decision guidances for the design of ground freezing measures.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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Siehe Projektbeschreibung und Begründung im Anhang I FGU 2005/003 sowie Graphiken und Tabellen im Anhang II FGU 2005/003.
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Methoden
(Deutsch)
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Entwicklung und Implementierung eines numerischen 3D THM-Modells. Herstellung einer neuen Versuchseinrichtung zur Laborsimulation des Gefriervorganges. Überprüfung des THM-Modells durch Vergleich der rechnerischen Prognosen mit den Ergebnissen von Laborversuchen. Systematische Untersuchung des Einflussparameters und Ausarbeitung von Entscheidungshilfen für die Planung von Vereisungsmassnahmen (siehe Anhang I FGU 2005/003).
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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Neue Versuchseinrichtung zur Simulierung von Gefrierprozessen unter Berücksichtigung der Grundwasserströmung. Siehe Anhang I FGU2005/003.
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Stand der eigenen Forschung
(Deutsch)
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Literaturstudium bestehender Arbeiten auf dem Gebiet und Evaluierung vorhandener Modelle. Mathematische Formulierung und numerische Umsetzung eines TH-Modelles zur Modellierung der Temperaturverteilung unter Berücksichtigung von Grundwasserströmung in drei Dimensionen (siehe auch Anhang I FGU 2005/003).
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Projektziele
(Deutsch)
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Entwicklung eines numerischen 3D Modells zur quantitativen Prognose der zeitabhängigen Verteilung der Temperatur, der Porenwasserdrücke und der Verformungen des Baugrundes bei der Anwendung des Gefrierverfahrens. Bereitstellen von Entscheidungshilfen für die Planung von Vereisungsmasnahmen.
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Projektziele
(Englisch)
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Development of a 3D numerical model for the quantive prediction of the time-dependent distribution of temperature, pore water pressure and underground deformations due to artificial ground freezing. Elaboration of decision guidances for the design of ground freezing measures.
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Forschungsplan
(Deutsch)
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Siehe Anhang I + II FGU 2005/003.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Mit Hilfe des entwickelten THM-Modells können die komplexen Vorgänge beim Gefrierverfahren realistischer modelliert werden. Damit wird die Dimensionierung optimiert und Problemzonen während der Planung von Gefriermassnahmen erkannt. Ferner werden Entscheidungshilfen für die Planung von Vereisungsmassnahmen ausgearbeitet.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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1342
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Literatur
(Deutsch)
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Siehe Anhang I FGU 2005/003.
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