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D. Dorner:
"Naturmaßstäblicher Modellversuch zur Untersuchung der Unterströmung von Hochwasserschutzdämmen";
Supervisor: M. Szabo, D. Adam; Institut für Geotechnik, 2012; final examination: 2012.

Erosion processes in the soil structure induced by a respective hydraulic gradient can
increase the risk of failure of dykes during the underseepage of such structures. If the subsoil
has a two layer profile, a high uplift pressure arises and affects the near surface low
permeable soil layer during a flood. This hydrostatic uplift force can cause a static hydraulic
failure of this soil layer. Consequently the dyke can be consistently damaged.
Relief drainages as drainage pits, ditches or stone columns are common technical measures
to prevent the hydraulic failure and to relief high pressures. The design of such relief
measures is mainly based on experiences and empirical data as well as on assumptions and
simplifications of numerical models. In the scope of this thesis large scale tests are described
and carried out with the goal to investigate the physical behaviour and to provide a basis for
setting up new design methods for the described relief drainages.
The theoretical chapters of this thesis deal with the construction of flood protection dams and
its elements as well as with the loading conditions. This part represents the basic knowledge
for the construction of the large-scale dyke test. In addition to the failure mechanisms of
dykes the hydrodynamic flow processes in the soil structure are discussed. The focus is on
the geometric and hydraulic criteria.
The practical chapters of this thesis are based on the theoretical background discussed
before and describe the preliminary works, the earth works during the constructions of the
large-scale model, and the preliminary test. Similar large-scale model test projects are briefly
presented at the beginning. Furthermore, the geometry of the testfield, the model, and the
used soils are described. The main goal of the preliminary works comprises the calibration of
measuring devices and the sensors and also the construction of the large-scale model. The
stability of the model was analyzed in the scope of static calculations. Finally, the preliminary
model test is described and the new findings based on the test results are discussed.

Unterströmung von Hochwasserschutzdämmen stellt bei einem entsprechenden
hydraulischen Gefälle aufgrund von eintretenden Erosionsprozessen in der Bodenstruktur
eine erhöhte Gefahr für den Stabilitätsverlust des Bauwerkes dar. Besteht zudem das
Bodenprofil aus einem zweischichtigen Untergrundaufbau, so baut sich während eines
Hochwassers unter der oberflächennahen, gering durchlässigen Deckschicht ein Überdruck
auf, welcher ein Aufbrechen (Aufschwimmen) dieser Schicht verursachen und ein
Dammversagen zur Folge haben kann.
Eine technische Maßnahme hierzu stellt eine Druckentlastung mithilfe von Drainagen, wie
Sickerschlitze, Gräben oder Kiessäulen, dar. Die Dimensionierung derartiger
Entlastungsmaßnahmen beruht derzeit auf Erfahrungswerten sowie auf Annahmen und
Vereinfachungen für numerische Berechnungsmodelle. Um die Wirkungsweise und daraus
ableitend die Grundlagen für die Bemessung von Entlastungssäulen zu untersuchen, werden
im Rahmen der gegenständlichen Arbeit naturmaßstäbliche Modellversuche beschrieben
und durchgeführt.
Als Grundlage für die Herstellung eines Damm-Modells im Maßstab 1:1 behandelt der
theoretische Teil dieser Arbeit den Aufbau von Hochwasserschutzdämmen sowie die für die
Standsicherheit eines Dammes maßgebenden Lastfälle und Versagensformen. Darüber
hinaus wird auf die hydrodynamischen Prozesse im Boden näher eingegangen. Hierzu
werden die geometrischen und hydraulischen Kriterien erläutert.
Der praktische Teil baut auf den theoretischen Grundlagen auf und beschreibt den Ablauf
der Vorbereitungs- und Erdbauarbeiten sowie den Vorversuch. Zu Beginn werden
Forschungsprojekte der letzten Jahrzehnte diskutiert, bei denen naturmaßstäbliche Damm-
Modelle zum Einsatz gekommen sind. Darüber hinaus werden die Versuchsanlage und das
naturmaßstäbliche Modell sowie die verwendeten Modellböden genauer betrachtet. Den
Schwerpunkt der Vorbereitungsarbeiten für den Modellversuch stellt neben der Kalibrierung
der Messtechnik der Bau des Modelldammes dar. Die Standsicherheit des Modells wird
mithilfe von erdstatischen Untersuchungen bestimmt. Abschließend werden der Vorversuch
beschrieben und die daraus gewonnenen Erkenntnisse diskutiert.

Unterströmung von Hochwasserschutzdämmen

http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_233072.pdf