Große Talsperren werden im Gebirge zum Aufstau eines Reservoirs gebaut, um aus dem erzeugten Potential Energie zu gewinnen. Geologische Störzonen sind meist Teil dieser Regionen und somit von Erdbeben betroffen. Aufgrund der Lebensdauer von Talsperren von mehr als 100 Jahren ist es unbedingt nötig, dass die Standfestigkeit solcher Strukturen gewährleistet wird. Dabei steht die Stabilität der Sperre selbst im Vordergrund. Zur dynamischen Vorbemessung wird dabei oft die Finite Elemente Methode mit der Annahme eines linearen Verhaltens herangezogen, was die Anwendung der Antwortspektrenmethode oder Modale Superposition erlaubt. Nichtlineare Simulationen sind meist nicht üblich und aufgrund ihrer Komplexität und der Voraussetzung eines soliden theoretischen Hintergrundes hauptsächlich in der Forschung präsent. Zusätzlich werden für Berechnungen Zeitverläufe mit bestimmten Zeitschritten benötigt um die nichtlineare Antwort der Struktur richtig abzubilden, was zusätzlich die Rechenzeit erhöht. Im Falle von Erdbebenbelastungen von Talsperren muss auch die dynamische Anregung des Reservoirs berücksichtigt werden. Dafür werden in dieser Arbeit neben zwei der meist verwendete Methoden der addierten Massen zusätzlich eine neu entwickelte, zur die Berücksichtigung von geneigten Flächen, präsentiert. Weiters wird auch die Anwendung von direkt modellierten Volumina als Acoustic Fluid Kontinuum diskutiert.
In dieser Arbeit werden zwei Talsperren aus Beton mit unterschiedlichen Detailierungsgraden auf ihr nichtlineares Verhalten bei seismischer Beanspruchung untersucht. Der Einfluss von Nichtlinearitäten bezüglich Kontaktdiskretisierung in der Aufstandsfläche einer Gewichtsmauer wird für unterschiedliche Reibungswinkel, Reservoirmodelle, Skalierungseffekte und pre- und postseismische Fälle überprüft. Des Weiteren wird ein Vergleich der Endverschiebung mit vereinfachten Grenzgleichgewichtsmethoden durchgeführt. Am Bogenstaumauermodell liegt der Fokus auf der Diskretisierung der Blöcke und der Basisfuge. Neben der Auswirkung von unterschiedlichen Simulationstechniken des Eigengewichtszustandes wird auch deren Einfluss auf nachfolgende nichtlineare Berechnungsschritte diskutiert. Zusätzlich werden die Ergebnisse mit denen eines linearen Berechnungsansatzes und drei unterschiedlichen Wasserständen im Speicher verglichen. Nichtlineares Materialverhalten aufgrund von Rissen durch die seismische Belastung wird mit der Extended Finite Element Method (XFEM) simuliert und ausgewertet.
Schlussendlich wird die Anwendbarkeit von nichtlinearen Simulationen, ihre Grenzen und Unterschiede zu vereinfachten oder linearen Methoden aufgezeigt. Die Auswertung von Verformungen und Spannungen zeigen, dass ein linearer Ansatz nicht notwendigerweise zu konservativen Ergebnissen führt und spezielle Parameter das Ergebnis signifikant beeinflussen können. Somit sollten Ergebnisse von nichtlinearen Berechnungen mit Vorsicht behandelt werden und bedürfen einer ausführlichen Evaluierung von erfahrenen Experten mit theoretischem und praktischem Wissen.