Der Ingenieurbau. Hydrotechnik Geotechnik

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1 Der Ingenieurbau Hydrotechnik Geotechnik Ernst & Sohn

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort Verzeichnis der Verfasser lngenieurhydrologie Begriffe. Wasserbilanz... 1 Wasserhaushaltsgrößen.. 4 Niederschlag... 4 Verdunstung... 8 Abfluß Statistische Auswertung hydrologischer Beobachtungsreihen Gewässerkundliche Hauptwerte Summenlinienverfahren.. 22 Dauerlinien Häufigkeitsuntersuchungen 28 Datenkollektive und Häufigkeiten Statistische Maßzahlen und Verteilungsfunktionen 31 Einführung in die Zeitreihenanalyse und stochastische Modelle Überblick über mathematische Modelle und Zeitreihenmodelle Selbsterklärende Zeitreihenmodelle Autoregressionsmodell zur Simulation von Abflüssen Oberirdische Gewässer Flußeinzugsgebiet und charakteristische Fließzeiten 45 Modellkonzepte für die Niederschlag-Abfluß-Beziehung Hochwasser Konzeptionelle Modelle.. 54 Blockmodelle Anwendungsbeispiele für Niederschlag-Abflußmodelle Hochwasserhäufigkeit Hochwasserrisiko Bildung von Hochwasserkollektiven Verteilungsfunktionen für Hochwasser Anpassung von Verteilungsfunktionen Chi-Quadrat-Test Konfidenzintervalle für Verteilungsfunktionen Ausreißertest für Extremwerte Regionale Hochwasserabflußspenden Niedrigwasser Kennzeichnende Größen und Datenkollektive Häufigkeit von Niedrigwasser Vergleich von Verteilungen für Niedrigwasser Abfluß infolge Schneeschmelze... 92

3 Vlll Inhaltsverzeichnis Schneebeobachtung... Wärmebilanz für die Schneeschmelze... Ermittlung des Abflusses aus Schneeschmelze... Unterirdisches Wasser... Bodenwasser... Grundwasser... Grundwassermeßprogramm und -erkundung... Grundwassermodelle... Geohydraulische Grundlagen... Modelle für Grundwasserströmungen... Finite Differenzen und Finite Elemente Modelle. Grundzüge der Modellierung des Stofftransports. Grundwasserschutz... Literatur Technische Hydraulik 1 Grundlagen Begriffe der Technischen Hydraulik Klassifizierung der Flüssigkeiten Unterscheidung der Bewegungsform Hydromechanische Bedingungen Kontinuitätsbedingung Bewegungsgleichung Grundgleichungen der Hydraulik Kontinuitätsgleichung Impulssatz Bernoullische Gleichung Hilfsmittel Potentialströmung Geschwindigkeitspotential Laplace-Gleichung Analytische Lösungen Potentialnetzauswertung Wirkung ruhenden Wassers Druckverteilung und Druckkraft Systemzerlegung als Berechnungshilfe Berechnung von Wehröffnungen und Entlastungsanlagen Frontal angeströmte gerade Überfälle Radial angeströmte Kelchüberfälle Parallel angeströmte Überfälle Heberüberfälle Ausfluß unter Schützen Ausfluß aus Öffnungen begrenzter Breite Berechnung von Druckrohrleitungen Rohrwiderstand Rohre mit Kreisquerschnitt Rohre mit Rechteckquerschnitt Örtliche Energiehöhenverluste Einläufe

4 IX Querschnittsänderungen Rohrverzweigungen Umlenkungen Betriebseinrichtungen Berechnung stationärer Rohrströmungen Transportleitung Entleerungsleitung Berechnung instationärer Rohrströmungen Ausgangsgleichungen Druckstoßberechnung Schwallschachtbemessung. 163 Berechnung von Freispiegelströmungen Berechnung des Normalabflusses Dimensionslose Normalabflußformel Manning-Strickler-Formel. 167 Gegliederte Querschnitte Teilgefüllte Rohrleitungen. 169 Mindestenergiehöhe und Maximalabfluß Wassertiefen bei konstantem Durchfluß Wassertiefen bei konstanter Energiehöhe Aufstauberechnung Aufstau bei strömendem Zufluß ohne Fließwechsel 174 Aufstau bei strömendem Zufluß mit Fließwechsel. 175 Örtliche Energiehöhenverluste Querschnittsänderungen Wechselsprung Stationäre Spiegellinienberechnung Qualitativer Spiegellinienverlauf Iterative Spiegellinienberechnung Sammelrinnen Schußrinnen Quasi-stationäre Gerinneströmung Instationäre Freispiegelströmungen Wellenablauf in Gerinnen. 190 Fortschreitende Oberflächenwellen Uferbeeinflußte Wellenbewegung Bauwerksbelastung durch Wellen Grundwasserströmung Filtergeschwindigkeit und Sickerwiderstand Potentialströmung als Analogie Vertikal-ebene Strömungsfelder mit freiem Spiegel 197 Kontinuitätsbedingung Dupuit-Annahme Dupuit-Forchheimer-Gleichung Horizontal-ebene Strömungsfelder mit freiem Spiegel Verallgemeinerte Dupuit-Forchheimer-Gleichung. 199 Numerische Auswertung Gerinne mit beweglicher Sohle Sedimenttransport Sohlenbeanspruchung

5 X Sohlenschubspannung... Transportwirksame Sohlenschubspannung... Kritische Sohlenschubspannung... Geschiebetransport... Meyer-Peter-Formel... Einstein-Formel... Engelund-Fredsoe-Formel. Weitere Geschiebeformeln. Schwebstofftransport... Schwebstoffverteilung... Referenzkonzentration... Transportierte Schwebstoffmasse... Gesamttransport... Sohlenlagenberechnung.. Entwicklungstendenzen der Technischen Hydraulik Literatur... Inhaltsverzeichnis Bodenmechanik Einleitung Zweck und Abgrenzung Darstellung und Arbeitshinweise Zur Sicherheit Aufbau und Zusammensetzung Erdstoffe Bestandteile Mengenverhältnisse Struktur Erdkörper Geländearbeiten Darstellung und Interpretation Grundwasserströmung Durchlässigkeit Durchlässigkeitsgrenze Durchlässigkeitsversuche Strömungsvorgänge Potentialströmung Andere Strömungsvorgänge 242 Vertikale Zusammendrückung Zusammendrückbarkeit Definition und Ermittlung. 254 Verhalten Setzungen infolge Zusammendrückung Vertikale Spannungen Setzungsberechnung Verzögerte Zusammendrückung Verzögerung durch Porenwasserströmung Anwendungen Konsolidierverhältnis und Sekundärsetzung

6 XI Grenzzustände der Tragfähigkeit Scherfestigkeit Schergesetze und Scherversuche Verhalten unvorbelasteter unzementierter Erdstoffe 283 Verhalten vorbelasteter und zementierter Erdstoffe 287 Aktiver und passiver Erddruck Aktive Erddruckkraft Passive Erddruckkraft Erddruckspannung Geländebruch Translation Rotation Andere Mechanismen Grundbruch und andere Bruchvorgänge Grundbruch Andere Bruchvorgänge Gebrauchszustände Materialverhalten Erstbelastung Ent- und Wiederbelastung. 342 Kraft-Verschiebungs-Verhalten Baukörper auf dem oder am Boden Bodenzugabe oder -entzug und Baukörper im Boden Wechselwirkung von Boden und Baukörpern Mit Bettungsansätzen erfaßbare Fälle Nicht mit Bettungsansätzen erfaßbare Fälle Bodendynamik Elastodynamik Plastodynamik Nachbargebiete der Bodenmechanik Mechanische Verfahrenstechnik Geomechanik Bodenkunde Kapillarität, Schwellen und Schrumpfen Elektrische, thermische und chemische Effekte Literatur Bemessung im Grundbau Einleitung Zweck und Abgrenzung Darstellung und Arbeitshinweise Zur Sicherheit Bodenbehandlung Erdbau Entfernen und Einbringen. 401 Verdichten und Verdrängen 402 Hydraulische Maßnahmen. 406 Absenkung und Drainage. 406

7 XI I Inhaltsverzeichnis Abdichtung und Einspeisung Bodenverbesserung Zusätze Umwandeln Flachgründungen Einzel- und Streifenfundamente Bauweisen Bemessung Fundamentgruppen Bauweisen Tragverhalten Flächengründungen Bauweisen Tragverhalten Tiefgründungen Einzelpfähle und Anker Bauweisen Tragverhalten Pfahl- und Ankergruppen. 451 Bauweisen Tragverhalten und Entwurf 459 Pfeilerartige Gründungskörper Bauweisen Tragverhalten Stützbauwerke Flache Stützbauwerke Bauweisen Tragverhalten Tiefe Stützbauwerke Bauweisen Tragverhalten Unterirdische Bauwerke Offene Bauweisen Bauverfahren Tragverhalten Geschlossene Bauweisen Bauverfahren Tragverhalten Literatur Felsmechanik 1 Definition Historische Entwicklung Lockergebirge - Festgebirge Gestein - Gebirge Genität und Tropie Formänderungsverhalten Elastizitätsmodul

8 Scheinbarer Elastizitätsmodul Entlastungsmodul Verformungsmodul Elastizitätsgrad Poissonzahl Felsdynamische Parameter. 533 Zeitabhängiges Verformungsverhalten Kriechen und Relaxieren. 534 Quellen und Schwellen Festigkeit Darstellung von Spannungszuständen Spannungsh ypothesen Festigkeitskriterien für das Gestein Festigkeitskriterien für Felstrennflächen Festigkeitskriterium für geklüftetes Gebirge Der Spannungszustand im Gebirge Der primäre Spannungszustand Der sekundäre Spannungszustand Hinweise zur experimentellen Bestimmung felsmechanischer Kenngrößen. 557 Literatur Stichwortverzeichnis