Simone Grimmer

Sackungsprozesse in natürlichen Lockergesteinsfolgen infolge Grundwasserwiederanstiegs

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 20.11.2006

Abstract
Seit Ende der 1990-er Jahre sind in einigen Bereichen Deutschlands großräumig ansteigende Grundwasserstände nicht nur durch kurzzeitig ausgeprägte Nassperioden, sondern auch durch den erheblichen Rückgang des privaten und industriellen Wasserbedarfs bedingt. Im mitteldeutschen Raum steigt der Grundwasserspiegel nach jahrzehntelanger großräumiger Absenkung seit Einstellung des Braunkohlenabbaus und der damit einhergehenden Flutung der Tagebaurestlöcher wieder an. Im Hessischen Ried ist der Rückgang der privaten und industriellen Wasserentnahme aus lokalen Wasserversorgungsanlagen gepaart mit klimabedingten und anthropogenen Einflüssen für erhöhte Grundwasserstände verantwortlich.
Diese Arbeit handelt von den durch Wiederanstieg verursachten Änderungen der bodenmechanischen Eigenschaften natürlicher Lockergesteinsfolgen. In KD-Versuchen konnte eine Temperaturabhängigkeit von Sackungsprozessen aufgezeigt werden. Eine wesentliche Einflussgröße für die Stabilität des Korngerüsts ist eine im Laufe der Zeit sich bildende Verkittung zwischen den Körnern, die zu einer Aggregatbildung führt. Eine derartige Verkittung konnte mit dem Rasterelektronenmikroskop nachgewiesen werden. Die Auflösung dieser Bindungen infolge des Grundwasseranstiegs ermöglicht eine Kornumlagerung (Sackung). Auslöser für die Umlagerung kann schon eine geringfügige Änderung des Wassergehaltes sein.

Since the 90ties there is, in some areas of Germany, a significant rise of the groundwater table at regional scale. The cause for that rise is connected with some short periods of increased precipitation and, in particular, with a reduction in the domestic and industrial use of the groundwater. On the latter point a pronounced effect stems from the closure of open-cast lignite mines in central Germany. After decades of artificially lowered groundwater table, the flooding of the vacated open pits causes a large-scale rise of the groundwater table with significant geotechnical repercussions. Another area, subject to groundwater rise due to increased precipitation as mentioned above, is the Ried region in the State of Hesse. In this publication some selected soils are investigated on the change of their mechanical properties in connection with the rise of the groundwater. Oedometer tests revealed a sagging mechanism which, in its rate and amount turned out to be temperature dependent. Under the scanning electron microscope it was found that the stability of the soil skeleton is intrinsically connected with the cementation of the grains and the formation of aggregates in the soil. Inundation in the rising groundwater causes a dissolution of the cementation which, in turn, leads to grain collapse and the onset of sagging. The mechanism is that sensitive that even a marginal increase in the water content may be sufficient to trigger the sequence of these events.

Keywords:
Bitterfeld, Hessisches Ried, Grundwasserwiederanstieg, KD-Versuche, Sackung, Zementation

Bitterfeld, Hessisches Ried, groundwater rise, oedometer tests, sagging, cementation

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abbildungsverzeichnis, Tabellenverzeichnis, Symbole und Abkürzungen, Kurzfassung (2 1-11)
1 Einleitung (12-17)
2 Kenntnisstand (18-35)
3 Angewandte Untersuchungsmethoden (36-43)
4 Beispielraum1: Ehemaliges Braunkohlenabbaugebiet Bitterfeld/Wolfen (44-53)
5 Beispielraum 2: Hessisches Ried (54-62)
6 Ergebnisse (63-114)
7 Sackungspotenzialabschätzung (115-118)
8 Zusammenfassung der Ergebnisse (119-120)
9 Diskussion (120-126)
10 Forschungsausblick (127)
11 Literatur (128-134)
Anhang (I-XV)