Simulation of liquefied sand by the Lattice Boltzmann method

Simulation von verflüssigtem Sand mit der Gitter-Boltzmann-Methode.

Gitter-Boltzmann-Methoden werden zunehmend für die numerische Simulation einer Vielzahl von komplexen hydrodynamischen Problemstellungen angewandt. Makroskopische Eigenschaften wie Flüssigkeitsdichte, Geschwindigkeit oder Spannung werden als Momente einer Verteilungsfunktion dargestellt. Das Verfahren kann eingesetzt werden, um nicht-Newtonsche Fluide zu modellieren. Laborversuche an verflüssigtem Sand zeigen ein scherverdünnendes Verhalten, d. h. abfallende Viskosität mit zunehmender Scherdehnungsrate. Geophysikalische Strömungen verhalten sich ähnlich. In der Arbeit erfolgt die rheologische Charakterisierung des verflüssigten Bodens mittels eines nichtlinearen Modells mit oberen und unteren Grenzwerten für die Viskosität. Die wesentlichen Merkmale der eingesetzten numerischen Methode werden beschrieben. Typische Situationen, wie verflüssigungsinduziertes Fließen in einem Rütteltischversuch, das Versagen einer Böschung sowie das Fließen um eine Wand in verflüssigtem Boden werden simuliert. Die Ergebnisse ermöglichen eine qualitative Erfassung der maßgebenden Verformungsmechanismen.