D-A-CH TAGUNG 2011 - SGEB

1 EINLEITUNGDer Nachweis der Standsicherheit von Stein und Erdschüttdämmen in Erdbebenzonen istoftmals der für den Entwurf des Bauwerks entscheidende Nachweis. Im Verhältnis zu denstatischen Lasten infolge Eigengewicht, Verkehrslasten und hydrostatischem Wasserdruckkönnen die Lasten infolge Erdbebenwirkungen um ein Vielfaches höher liegen. AlsStandsicherheitsnachweis für derartige Bauwerk wird der Nachweis derBöschungsbruchsicherheit und der Nachweis der Gleitsicherheit auf der Aufstandsflächegefordert. Für beide Fälle werden dabei abtreibende Kräfte infolge statischer und dynamischerLasten mit den rückhaltenden Kräften aus Kohäsion und Reibung entlang von potentiellenGleitlinen verglichen. Zwei bekannte Versagensfälle von Erdschüttdämmen unter Erdbebenbelastungsind der Lower San Fernando Damm, der am 09. Februar 1971 während einesErdbebens der Magnitude M = 6.6 infolge Bodenverflüssigung teilweise versagte. InAbbildung 1a ist der Damm nach dem Abrutschen eines größeren Teils des Damms auf derReservoirseite gezeigt. Abbildung 1b zeigt den Fujinuma Damm in Japan, der beim TohokuErdbeben am 11. März 2011 mit einer Magnitude M = 9.0 vollständig versagte, was zurkompletten Entleerung des Reservoirs führte.a) b)Abbildung 1a: Versagen des Lower San Fernando Damms, (US Geological Survey) 1b: Versagen des FujinumaDamms, (Chief Hira, Wikimedia)Im Erdbebenfall werden klassischerweise diese Nachweise mit quasistatischen Ersatzkräfteninfolge Erdbebenbelastung als rein statische Nachweise durchgeführt, entsprechende demBöschungsbruchnachweis nach Krey-Bishop. Im hier präsentierten Beitrag wird dasquasistatische Vorgehen durch eine zeitvariante Methodik erweitert. Hierzu wird der klassischeKrey-Bishop Algorithmus im Rahmen einer numerischen Simulation des Antwortverhaltensder Dammstruktur mittels der Finiten Elemente Methode eingesetzt. Die Antwort der Strukturunter einer Erdbebenbelastung wird mittels direkter Zeitschrittintegrationsverfahren ermittelt.Der Nachweis der Böschungsbruchsicherheit erfolgt dann in jedem Zeitschritt für eine Reihevon vorgegebenen möglichen Gleitlinien, die durch eine parametrisierte Beschreibung in ihrerGeometrie definiert sind. Wird entlang einer der vorgegeben Gleitlinien ein Abgleiten622