Verteidigung Dissertation Maximilian Schoen

23.04.2025

Am 23.04.2025 hat unser Doktorand Maximilian Schoen erfolgreich seine Dissertation mit dem Titel "Numerical analysis of tunnel excavation in swellable clay shales" verteidigt. Die Promotionskommission bestand aus Prof. Torsten Wichtmann (RUB), Prof. Arash Alimardani Lavasan (Universität Luxembourg) und Prof. Frédéric Collin (Université de Liège, Belgien). Den Vorsitz der Kommission übernahm Prof. Roger Sauer (RUB). Im Anschluss an die Promotionsprüfung lud Maximilian Schoen zu einer Feier im Seminarraum ein. Das Team des Lehrstuhls für Bodenmechanik, Grundbau und Umweltgeotechnik gratuliert Maximilian Schoen herzlich zum erfolgreichen Abschluss seiner Promotion!

In seiner Dissertation hat Maximilian Schoen Finite-Elemente-Modelle für die Simulation von maschinellen Tunnelvortrieben in quellfähigem Tonstein entwickelt. Dabei wird das "Barcelona Basic model (BBM)" als Stoffmodell für den quellfähigen Tonstein verwendet. Um eine netzunabhängige Modellierung der Scherlokalisierung in der durch den Vortrieb geschädigten Zone (excavation damaged zone, EDZ) zu gewährleisten, wird das "local second gradient model" als Regularisierungsmethode eingesetzt. In den Modellen mit ebenem Dehnungszustand erfolgt die Simulation des Tunnelaushubs mit Hilfe der "convergence-confinement"-Methode. Die BBM-Parameter wurden für Opalinuston auf der Basis von Literatur- und Labordaten kalibriert. Nach der Validierung der numerischen Modelle wurden diese für detaillierte Parameterstudien verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass der initiale Sättigungszustand einen signifikanten Einfluss auf die zeitliche Entwicklung der EDZ hat. Während sich die EDZ für vollständig gesättigte Anfangszustände größtenteils bereits während des Tunnelaushubs ausbildet, stellt sie sich bei ungesättigten Anfangszuständen zeitlich verzögert ein. Der Vergleich mit einem starren Tunnelausbau zeigte die Vorteile eines verformbaren Tunnelausbaus. Die Kompression des verformbaren Ringspaltmörtels führt zu einer deutlichen Reduktion des Quelldrucks und damit zu einer Verringerung der Normalkräfte und Biegemomente im Tunnelausbau. Für den maschinellen Tunnelvortrieb stellt ein verformbarer Tunnelausbau somit eine ökonomische und umweltfreundliche Alternative dar.