Wasserinfiltration in die ungesättigte Zone eines makroporösen Hanges und deren Einfluss auf die Hangstabilität

Abstract

Hangrutschungen stellen in besiedelten Regionen eine große Gefahr dar, weil nicht selten direkt bewohnte Bereiche betroffen sind. Aber auch die Rutschungsauswirkungen auf die Infrastruktur wie Verkehrswege und Versorgungseinrichtungen können der Gesellschaft Schaden zufügen. Zum einen ergibt sich im Zusammenhang mit Hangrutschungen und allgemein Massenbewegungen das Betätigungsfeld der direkten Stabilisierung und Verhinderung von Rutschungen durch beispielsweise Tiefdrainagen und aufwendige ingenieursbauliche Maßnahmen. Zum anderen, und das ist Gegenstand dieser Arbeit, ergibt sich das Tätigkeitsfeld der grundlagenorientierten Forschung, um die Prozesse, die zu Hangrutschungen führen, besser verstehen zu können. Mit dem Heumöser Hang in Österreich (Vorarlberg), einem sich sehr langsam bewegenden Großhang (Kriechhang), liegt ein Untersuchungsobjekt vor, an dem vielfältige hydrologische Prozesse stattfinden, die schon über mehrere Jahre hinweg untersucht wurden. Die Untersuchungen resultierten in der Hypothese, dass sich am Heumöser Hang entwickelnder Makroporenfluss zu schnellen hydraulischen Veränderungen im Innern des Hangkörpers führe. Die hydraulischen Veränderungen zeigen sich insbesondere in starken Porenwasserdruckanstiegen (unter anderem in einem gespannten Grundwasserleiter), die teilweise in der Tiefe des Hanges zu Auftriebskräften führen, die den Hang destabilisieren, so dass dieser sich schubweise insgesamt etwa ein bis zwei Dezimeter im Jahr talwärts bewegt. Zum Erarbeiten des Prozessverständnisses bezüglich des Zusammenhanges zwischen Infiltration und Hangstabilität wurden große Bodenproben vom Hang im Labor untersucht und Experimente an zwei technischen Modellen durchgeführt. Mit der vorgestellten Vorgehensweise und der Separierung der Untersuchungen und Experimente konnten für den Heumöser Hang relevante hydrologische und mechanische Teilaspekte erarbeitet werden, die verknüpft die Hangbewegungshypothese in weiten Teilen bestätigen können. Insbesondere bestätigten die Messungen an den originären Bodenproben vom Heumöser Hang, dass der Makroporenfluss so dominant sein kann, dass potentiell schneller Porenwasserdruckanstieg in der Tiefe erzeugt werden kann. Dennoch kann ein Makroporenfluss generell insbesondere bei trockenen Matrixbedingungen vermindert werden. Die Verminderung des Makroporenflusses wurde anhand von Experimenten mit Sand gezeigt. Der Prozess des Wassertransfers von Makropore zu umgebender Matrix ist im Sand sehr deutlich zu sehen. Darüber hinaus konnten bei Bodensäulen- und Bodenprobenexperimenten viele methodische Herangehensweisen getestet und verglichen werden. Weil im Vorfeld der Untersuchungen schon abgeschätzt wurde, dass nur mit größeren Proben eine für den Standort bessere Repräsentativität der Ergebnisse erhalten werden kann, wurde besonders viel Wert auf die Methodik der Großprobennahme gelegt. So ist in der vorgestellten Arbeit ein neuartiger Ansatz zur Großprobennahme entwickelt worden, bei dem die Proben ungestört frei gelegt wurden und mit Haushaltsfolie, Montageschaum und Außenmodulen eingehüllt wurden. Nur die Großprobennahme garantierte ein Mindestmaß an Erfassung von Heterogenitäten und Bodenstrukturen im Dezimeterbereich, wie z.B. Makroporen und Risse. Auch die laboratorischen Versuchsaufbauten zur Anwendung der Multi-Step-Outflow- und Evaporationsmethode an den Großproben wurden einmalig größenangepasst entwickelt.