Viele Endlagerkonzepte beruhen u. a. auf der Verwendung geotechnischer Barrieren auf Bentonitbasis. Seine geochemischen Eigenschaften sowie eine Kompaktion bei Wiederaufsättigung durch die entstehenden Quelldrücke und sich dadurch schließende Transportwege sind funktionelle Grundlage der Eignung dieses Materials. Für die Auslegung und den Sicherheitsnachweis von Bentonitbarrieren sind numerische Simulationen der multiphysikalischen Prozesse ein wertvolles Werkzeug.

In diesem Projekt werden Prozess- und Konstitutivmodelle für Bentonitbarrieren entwickelt, in die quelloffene Software OpenGeoSys implementiert und verifiziert. Besondere Berücksichtigung finden dabei das inelastische Verhalten des Bentonits, hydraulische und mechanische Anisotropien sowie das an Wassergehaltsänderungen gekoppelte Quell- und Schrumpfungsverhalten.

Grundlage bildet ein aus der Theorie poröser Medien abgeleitetes Bilanzmodell, dass die Kompressibilität der festen und fluiden Phasen geeignet berücksichtigt. Aufgrund der starken Nichtlinearitäten vor allem der verwendeten konstitutiven Beziehungen für den Zweiphasenfluss und das Deformationsverhalten werden zeitadaptive Verfahren für die numerischen Simulationen verwendet.

Gefördert wird das Projekt durch die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover.

Many repository concepts rely, among other things, on the use of geotechnical barriers based on bentonite. Its geochemical properties as well as a compaction at re-saturation by the resulting swelling pressures and thus the closing transport pathways are the functional basis of the suitability of this material. Numerical simulations of the multiphysical processes are a valuable tool for the design and performance assessment of bentonite barriers.

In this project, process and constitutive models for bentonite barriers are developed, implemented and verified in the open-source software OpenGeoSys. Special consideration is given to the inelastic behaviour of the bentonite, hydraulic and mechanical anisotropies as well as the swelling and shrinkage behaviour coupled to changes in water content.

The foundation of the model are balance relations derived from the theory of porous media which consider the compressibility of the solid and fluid phases. Due to the strong nonlinearities, especially of the constitutive relationships used for the two-phase flow and the deformation behaviour, time-adaptive methods are used for the numerical simulations.

 The project is funded by the Federal Institute for Geosciences and Natural Resources in Hannover.