Zur Seitenansicht
 

Titelaufnahme

Titel
Numerical modelling of snow avalanches : interaction between granular flow and obstruction / eingereicht von Markus Wawra
VerfasserWawra, Markus
Begutachter / BegutachterinWang, Yongqi ; Pudasaini, Shiva P.
GutachterWu, Wei
Erschienen2010
Umfang108 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2010
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Kontinuumsmechanik / Discrete Element Method / Schneelawine / Adaptive Mesh Refinement / Lawinenschutz / Modellbildung / Finite Differenzen
Schlagwörter (EN)Continuum mechanics / Descrete Element Method / snow avalanche / Adaptive Mesh Refinement / avalanche protection / modelling / Finite Differences
Schlagwörter (GND)Lawine / Fließlawine / Hindernis / Simulation / Kontinuumsmechanik / Diskrete-Elemente-Methode
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-18388 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Numerical modelling of snow avalanches [8.14 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

In dieser Dissertation wird die Interaktion von granulären Flüssen mit verschiedenförmigen Hindernissen behandelt. Zwei sehr unterschiedliche Ansätze werden zur numerischen Modellierung des granulären Materials herangezogen, zum einen ein kontinuumsmechanisches Modell, basierend auf der Savage-Hutter-Theorie (1989), zum anderen die Diskrete-Elemete-Methode (DEM) von Cundall und Strack (1979). Das kontinuumsmechanische Modell von Savege und Hutter hat sich in der Vergangenheit als geeignetes Modell für die Simulation von Fließlawinen bewährt. Die tiefenintegrierte Formulierung ist elegant, setzt aber eine niedrige Fließhöhe voraus. Diese Bedingung wird beim Auftreten auf Hindernisse mit steiler Front, wie Wänden oder Dämmen, nicht mehr erfüllt, da sich das Material dort anstaut. Die Grenzen des vorhandenen Modells werden aufgezeigt und unterschiedliche Ansätze Hindernisse in die Topographie einzubauen diskutiert. Weiters wird der numerische Lösungsalgorithmus NOC-Schema (Non-Oscillatory Central Difference) mit TVD-Begrenzer (Total Variation Diminishing) mit der Adaptive-Mesh-Refinement-Methode (AMR) erweitert, die eine lokale Netzverfeinerung ermöglicht. Die Eignung des erweiterten Modells wird für verschiedene Hindernissen untersucht und mit experimentellen Ergebnissen verglichen. Als Alternative zum kontinuumsmechanischen Modell wird die DEM diskutiert. Das Modell wird in der kommerziellen Software PFC3d programmiert. Der Vorteil dieser Methode ist die vollständige dreidimensionale Modellierung der Masse. Die granuläre Masse wird durch kleine Bälle simuliert. Deren Bewegung und das Aufeinandertreffen der Bälle werden durch einfache physikalische Gesetzte beschrieben. Durch die erforderliche hohe Anzahl an Bällen ist die Methode aber sehr rechenaufwendig. DEM wird für die Simulation der gleichen Experimente von Chiou herangezogen und verglichen. Des Weiteren werden für beide Modelle die Aufprallkräfte des granulären Flusses berechnet, die auf das Hindernis wirken.

Zusammenfassung (Englisch)

The interaction between granular flow and obstructions of different shape is investigated in this thesis. Two different approaches are applied to model the granular material numerically, i.e. a continuum mechanical model based on Savage-Hutter theory and a discontinuum approach based on the Discrete Element Method (DEM). The continuum mechanical model of Savage and Hutter has been widely used for avalanche simulation. The depth-integrated formulation is mainly applicable for shallow flow. This condition is not strictly fulfilled if obstructions with steep fronts, like walls or dams, are hit, since material is accumulated in front of the obstruction. The limitations of the existing model are discussed and some approaches to model the obstructions are studied. Further, the numerical solver, the NOC-scheme (Non-Oscillatory Central Difference) with TVD-limiter (Total Variation Diminishing) is extended by the Adaptive-Mesh-Refinement method (AMR), which provides local grid refinement. The suitability of the extended model is discussed for different obstructions and compared to experiments. As an alternative, the approach based on DEM is discussed. The model is programmed in the commercial software PFC3d. The advantage of this method is the completely three-dimensional modelling of the mass. The granular mass is simulated by small balls and the motion and the interaction among each other is described by simple physical laws. The large number of balls requires high computational effort. Additionally, the impact forces of the granular material on the obstruction are computed for both models.