Verhalten von granularen Flüssen

Viele geophysikalische Flüsse können als granulare Flüsse angesehen werden, denn sie bestehen aus zahlreichen kleinen festen Körnern. Beschleunigt wird das granulare Material von der Gravitationskraft während es von den unelastischen Stössen und reibenden Kontakten zwischen Körnern und Bodenoberfläche und zwischen den Körnern selbst gebremst wird. Auf der Flussskala kommen diese Prozesse durch Variationen von der Dichte und durch interne Spannungen zum Ausdruck. Unser Ziel ist es, Konstitutivgesetze für die Dichte und die interne Spannungen zu formulieren, die für numerische Berechnungen von granularen Flüssen erforderlich sind.

Mit diesem Ziel führen wir Laborexperimente durch, bei denen wir granulares Material (Glaskügelchen) auf einer Rutschbahn fliessen lassen. Der Fluss wird durch eine durchsichtige Seitenwand mit einer Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt. Fliessgeschwindigkeit und Dichte werden mit Hilfe von Mustererkennungs- und Teilchenverfolgungsmethoden gemessen. Unter der Annahme von Masse- und Impulserhaltung können die anderen Flussvariablen auch berechnet werden. Diese Datensätze bilden die Grundlage für die Erforschung von Konstitutivgesetzen. 

Frame aus einer Hochgeschwindigkeitsaufnahme mit 30 Liter 1.4 Milimeter grossen Glaskügelchen. Gefilmt wird mit zwischen 185 und 460 Framen pro Sekunde.

Hangparallele Geschwindigkeitskomponente u und Dichte ρ versus Zeit und Fliesshöhe an einer Abwärtsposition der Rutschbahn.