Konstitutive Modelle für Geomaterialien sind die Grundlage der modernen geotechnischen Mechanik. Wenn numerische Methoden zur Analyse geotechnischer Ingenieursprobleme eingesetzt werden, ist die Beschreibung des Materialverhaltens der relevanten Bestandteile eine wesentlicher Schlüsselaspekt. Als vorwiegend natürliche Materialien sind Geomaterialien in der Regel dreiphasige Medien aus festen Bestandteilen, Wasser und Luft. Geomaterialien sind poröse Medien, deren feste Phase oftmals granular ist. Das resultierende Materialverhalten ist hochgradig nichtlinear, gekennzeichnet von bleibenden Deformationen und ratenabhängigen Effekten sowie Kontraktanz, Dilatanz, Hysterese und Anisotropie. Die Rheologie der granularen Materialien umfasst je nach Lagerungsdichte, Spannungszustand und Belastungsprozess Verhaltensmuster wie sie typischerweise von festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen bekannt sind.
Aufgrund dieses komplexen Verhaltens, der Möglichkeit großer Deformationen und der multiphysikalischen Kopplungen, dienen numerische Simulationen mit entsprechenden konstitutiven Ansätzen auch einem besseren Verständnis des mechanischen Verhaltens komplexer geotechnischer Strukturen mit ihren vielfältigen Wechselwirkungen.
Am Lehrstuhl für Bodenmechanik der TU Freiberg verwenden wir die Methoden der Kontinuumsmechanik und der Materialtheorie zur Beschreibung thermischer, hydraulischer und mechanischer Phänomene sowie zur Ableitung konsistenter konstitutiver Modelle bei kleinen und großen Deformationen. Besonderes Augenmerk legen wir auf inelastische Effekte wie Viskoplastizität oder Schädigung sowie auf die Kombination moderner rheologischer Ansätze für Granulate und die Beachtung multiphysikalischer Wechselwirkungen.
Die Modelle finden über generische Schnittstellen Eingang in verschiedenste Berechnungsprogramme, allen voran die quelloffene Simulationssoftware OpenGeoSys (www.opengeosys.org). Dazu verwenden wir modernste Methoden des Softwareengineerings um auch großskalige geotechnische Anwendungen mit hoher Genauigkeit und Effizienz erfassen zu können.