2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16440Dieses Projekt ist dasd Teilprojekt A1 des Graduiertenkollegs Unter natürlichen Bedingungen besteht ein Boden aus den drei Phasen Bodenpartikel (z. B. Sandkörner), Wasser und Luft. Oberhalb des Grundwasserspiegels befinden sich die Böden in der Regel im teilgesättigten Zustand, bei dem die einzelnen Bodenpartikel über Kapillarbrücken miteinander verbunden sind. Bei teilgesättigten Böden wird der Zusammenhalt des Korngerüstes maßgeblich durch die sogenannte „Kapillarkohäsion“ beeinflusst. Durch die Oberflächenkräfte des Porenwassers entstehen Saugspannungen, welche die einzelnen Bodenkörner zusätzlich aneinander drücken und auf diese Weise unter anderem zu einer erhöhten Scherfestigkeit des Bodens führen. Die Größe der Saugspannungen hängt dabei vom Sättigungsgrad des Bodens ab, weshalb die Kapillardruck- Sättigungsbeziehung (engl. Water Retention Curve, WRC) eine wichtige Schlüsselfunktion für die Charakterisierung des hydraulischen und mechanischen Verhaltens teilgesättigter Böden darstellt. Die Kapillarkohäsion verschwindet sowohl im trockenen als auch im gesättigten Zustand und wird daher auch als „scheinbare Kohäsion“ bezeichnet. Infolge natürlicher Schwankungen des Wassergehalts bzw. des Sättigungsgrades des Bodens, beispielsweise durch Niederschläge oder einen steigenden Grundwasserspiegel, droht bei einer Aufsättigung durch die zunehmende Auflösung der Kapillarbrücken daher der Verlust des Zusammenhalts des Korngerüstes. Die hiermit einhergehende plötzlich auftretende Umlagerung des Korngefüges wird auch als kapillarer Kollaps bezeichnet und kann unter entsprechenden Voraussetzungen zu teils sehr großen Setzungen eines Bodens führen. Besonders gefährdet sind in diesem Zusammenhang locker gelagerte, feinkörnige Böden mit einer metastabilen Gefügestruktur. Bei der Gewinnung von Braunkohle entstehen im Tagebau große Mengen an Abraum, die anschließend auf Kippen gelagert werden. Je nach eingesetzter Gewinnungs- und Transporttechnologie der Abraummassen entstehen dabei unterschiedliche Kippenarten. Allen Kippenböden ist jedoch gemein, dass sich diese im Gegensatz zu natürlich gewachsenen Böden oftmals durch eine besonders lockere Lagerung auszeichnen und aufgrund des damit verbundenen hohen Verformungspotentials einen Sonderfall darstellen. Während des laufenden Tagebaubetriebes muss das Grundwasser außerdem bis in große Tiefen unter die Tagebausohle abgepumpt werden, weshalb es nach Stilllegung zu besonders großen, im Hinblick auf den kapillaren Kollaps sehr problematischen Wiederanstiegen des Grundwassers kommt. Aufgrund der hohen, nur schlecht kalkulierbaren Gefahr eines kapillaren Kollapses bleiben diese Flächen bislang weitgehend ungenutzt. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird daher ein Kippenboden aus dem deutschen Braunkohletagebau untersucht, der hauptsächlich aus Mittel- und Feinsand besteht und darüber hinaus organische Anteile in Form von Kohle unterschiedlicher Größenordnung enthält.Under natural conditions, soil consists of three phases: soil particles (e.g. sand grains), water and air. Above the groundwater level, the soils are usually in an unsaturated state, in which the individual soil particles are connected to one another via capillary bridges. In unsaturated soils, the cohesion of the grain structure is significantly influenced by what is known as "capillary cohesion". The surface forces of the pore water create suction stresses which additionally press the individual soil grains against one another and in this way lead, among other things, to an increased shear strength of the soil. The size of the suction depends on the degree of saturation of the soil, which is why the capillary pressure-saturation relationship (Water Retention Curve, WRC) is an important key function for characterizing the hydraulic and mechanical behaviour of unsaturated soils. The capillary cohesion disappears both in the dry and in the saturated state and is therefore also referred to as "apparent cohesion". As a result of natural fluctuations in the water content or the degree of saturation of the soil, for example due to precipitation or a rising groundwater level, there is a risk of saturation due to the increasing dissolution of the capillary bridges and the cohesion of the grain structure. The resulting sudden rearrangement of the grain structure is also referred to as capillary collapse and, under certain conditions, can lead to sometimes very large subsidence of a soil. Loosely deposited, fine-grained soils with a metastable structure are particularly at risk in this context. When extracting lignite, large amounts of overburden are produced in opencast mines, which are then stored on dumps. Depending on the extraction and transport technology used for the debris, different types of dump are created. However, what all tilted floors have in common is that, in contrast to naturally grown floors, they are often characterized by a particularly loose storage and represent a special case due to the associated high deformation potential. During the open mining operation, the groundwater must also be pumped to great depths under the opencast mine, which is why, after closure, there are particularly large increases in the groundwater, which are very problematic in terms of capillary collapse. Due to the high risk of capillary collapse, which is difficult to calculate, these areas have so far remained largely unused. As part of the research project, a tilted soil from the German open-cast lignite mine is examined, which consists mainly of medium and fine sand and also contains organic components in the form of coal of different sizes.