In dieser Arbeit wird die thermodynamisch konsistente Entwicklung eines skalierten, tiefen integrierten Modells für Granulat-Flüssigkeits-Strömungen vorgestellt. Unter Verwendung einer allgemeinen Topographie wird das Modell zur numerischen Simulation von Schuttströmungen in verschiedenen Kontexten eingesetzt. Im Hinblick auf die für solche Strömungen wichtigen physikalischen Mechanismen und die zugrunde liegenden Dynamiken werden zusätzliche Felder berücksichtigt, einmal ein Extra-Porendruck und weiterhin ein Feld zur Beschreibung von hypoplastischer, intergranularer Reibung. Die Verknüpfung dieser zwei Felder erfolgt im Rahmen einer Herleitung nach dem Entropieprinzip, ausgehend von den allgemeinen Gesetzen der Thermodynamik, und endet mit der Anwendung auf reale, großskalige Szenarien von Schuttströmungen.

Als Ausgangspunkt wird im Rahmen der Mischungstheorie und des Entropieprinzips ein Kontinuumsmodell für ein allgemeines Granulat-Flüssigkeits-Gemisch hergeleitet. Die Grundgrößen Masse, Impuls und Energie, sowie die Bilanzgleichung für den Volumenanteil, werden hierbei um zwei zusätzliche Felder ergänzt, von denen eines die intergranularen Kontaktkräfte berücksichtigt, und, neu eingeführt im Rahmen der thermodynamisch konsistenten Modellierung, ein dynamischer Partialdruck. Weiterhin wird ausgehend von einer flachen, gesättigten Strömung das so hergeleitete Modell entdimensioniert und tiefen integriert. Das Modell wird außerdem in allgemeine Koordinaten übertragen, welche die einfache Darstellung von Schuttströmungen auf echter Gebirgstopographie ermöglichen.

Implementiert mit einem auch Schocks erfassenden NOC-Schema werden mehrere numerische Simulationen durchgeführt, die von Parameterstudien im Labormaßstab und dem Vergleich mit einem Dammbruch-Experiment bis hin zu einem großskaligen Ereignis reichen. Die numerischen Parameterstudien bestätigen das erwartete Verhalten der zusätzlichen physikalischen Felder. Da der Extra-Porendruck durch das Zusammenwirken von granularem Skelett und Porenflüssigkeit entsteht, überlagert er sich mit dem hydrostatischen Druck und kann die Granulatspartikel auseinander drücken, wodurch ihre Reibung reduziert und die Bewegung der Schüttgutmasse verlängert wird. Er beschleunigt somit die gesamte Mischung und verhindert das Absetzen der Masse, während die intergranulare Reibung dazu beiträgt, dass die Struktur der Körner ihre Form behält, also nicht einfach wie eine Flüssigkeit zerfließt und weiterhin auch das nichtlineare, anelastische Verhalten des körnigen Materials berücksichtigt.

Hervorzuheben ist, dass die vorgestellte Modellierung einen Transfer von Untersuchungen an granularen Materialien im Kontext des Entropieprinzips und der stärker an der Praxis orientierten Klasse von tiefen integrierten Modelle herstellt. Damit können die zusätzlichen Felder verstanden werden als die Berücksichtigung von Informationen über das granulare Skelett, d.h. die Mikrostruktur, in ihrer Wechselwirkung mit der flüssigen Phase - etwas, das normalerweise nicht im Rahmen der Mischungstheorie derartig berücksichtigt wird. Ein zentrales Ziel ist es daher, ein konsistentes Modell für Schuttströmungen bereitzustellen, das unter Berücksichtigung dieser zusätzlichen Felder entwickelt wurde und für numerische Studien geeignet ist.