Numerical modeling of saturated soils, based on Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) - Part 1: Seepage analysis

Numerische Modellierung gesättigter Böden mit der Smoothed Particle Hydrodynamics - Teil 1: Grundwasserströmungsanalyse.

Die Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) ist eine netzfreie numerische Methode, die ursprünglich in den 1970er-Jahren für astrophysikalische Berechnungen entwickelt wurde. In den vergangenen Jahrzehnten hat sie zahlreiche Anwendungsgebiete gefunden, u. a. Fluid- und Strukturmechanik, Hydrodynamik, Küsteningenieurwesen und auch Geotechnik. Dieser Artikel zeigt eine Anwendung der SPH zur Untersuchung der Interaktion zwischen Korngerüst und Porenwasser wassergesättigter Böden. Zu diesem Zweck wurde die Formulierung der Erhaltungsgleichungen um eine Strömungskraft basierend auf dem Gesetz von Darcy erweitert. Zur Validierung werden zwei Sickerströmungsprobleme betrachtet: die Entwässerung einer Bodensäule unter Gravitation und die Strömung durch einen vertikalen Damm, auch bekannt als das Muskat-Problem. Beide Simulationen haben eine sehr gute Übereinstimmung mit den analytischen Lösungen gezeigt. Die Ergebnisse bestätigen das Potential der SPH.