Materialverhalten eines teilgesättigten bindigen Bodens unter zyklischer Belastung

  • Für einen teilgesättigten Modellboden sind experimentelle Untersuchungen ausgeführt, die sowohl die Teilsättigung des Bodens während der Belastung als auch die zyklischen Einwirkungen unter drainierten Randbedingungen berücksichtigen. Die Teilsättigung ist durch eine Saugspannungsmessung mittels Miniaturtensiometer in einer zyklischen Triaxialzelle und einem statischen Ödometer erfasst. In zahlreichen Laboruntersuchungen konnte eine reproduzierbare Probenaufbereitung nachgewiesen werden. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass im Probeninnern des Modellbodens gegenüber den Probenendflächen keine signifikant abweichenden Wassergehalte und somit konstante Anfangssaugspannungen vorliegen. Vor allem bei der Applikation von zyklischen Beanspruchungen zur Ermittlung und numerischen Beschreibung des Materialverhaltens ist dieser Umstand von Bedeutung. Die Messergebnisse sind anschließend zur Modifikation eines elastoplastischen Stoffmodellansatzes herangezogen. Mit den erzielten Untersuchungsergebnissen konnten die Parameterfunktionen eines elastoplastischen Stoffgesetzansatzes in Abhängigkeit von der Anfangsporenzahl, des Anfangssättigungsgrades sowie des Isotopen Spannungszustandes unter Berücksichtigung der Einflussgrößen aus der zyklischen Beanspruchung, dieses sind die axiale deviatorische Spannungsamplitude und die Lastzyklenzahl, für einen Frequenzbereich von 0,005 - 0,01 Hz über einen Separationsansatz aufgestellt werden. Die Kopplung der Teilsättigung erfolgt dabei über den Sättigungsgrad bzw. den Wassergehalt des Bodens anhand der porenzahlabhängigen Saugspannungscharakteristik (SWCC). Es konnte gezeigt werden, dass alle untersuchten teilgesättigten Böden in der zyklischen Lastphase durchgehend eine zyklisch-deviatorische Dehnungsverfestigung aufweisen. Ab einer Lastzyklenzahl größer 560 stagnieren die zyklisch bedingten Verformungen und es entsteht ein quasi-stationärer Verformungs- und Porendruckzustand. Dabei zeigen die sogenannten Wechselversuche eine signifikante höhere Verformungs- und Saugspannungsamplitude als die sogenannten Schwellversuche. Die aufgestellten Beziehungen gelten für einen Wertebereich der Anfangssättigungsgrade größer 82% und der Anfangsporenzahl zwischen 0,52 und 0,64.
  • For a partially saturated soil experimental studies are performed that take into account the unsaturated conditions of the soil during cyclic loading and the effects under drained conditions. The partial saturation is detected by means of a suction measurement via a small tip tensiometer in a cyclic triaxial cell and a static oedometer. In numerous laboratory studies a reproducible sample preparation could be developed. In particular it could be established that inside the tested soil sample in relation to the samples end faces no significantly different water contents as well as initial soil suction are presented. Especially in the application of cyclic stresses to determine the material behavior and for the numerical description of this fact is this of more particular importance. The measurement results are then used to modify an elastoplastic material model approach. With the achieved analysis results, the parameter functions of the elastoplastic constitutive approach in relation to the initial pore ratio, the initial degree of saturation and the isotropic stress state taking into account the parameters of the cyclic loading, that is the axial stress amplitude and the number of load cycles, for a frequency range of 0.005 - 0.01 Hz are established via a separation. The coupling of the partial saturation is carried out via the degree of saturation, or the water content of the soil based on the soil-water-characteristic-curve (SWCC) and the effective stress concept. It could be demonstrated that all the investigated unsaturated soils samples throughout the cyclic loading phase shown a cyclic-deviatoric strain hardening. From a number of load cycles more than 560 cyclical deformations stagnate and there is a quasi-steady state deformation and pore pressure. Especially in the applied two-way-tests a significant higher deformation amplitude and also a higher suction amplitude is determined than in the one-way-tests. The established relationships are valid for a range of values of the initial degrees of saturation greater than 82% and the initial pore ratio between 0.52 and 0.64.

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Metadaten
Verfasserangaben:Thomas Becker
URN (Permalink):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-33810
ISBN:978-3-943995-13-8
Schriftenreihe (Bandnummer):Veröffentlichungen des Fachgebietes Bodenmechanik und Grundbau der Technischen Universität Kaiserslautern (15)
Betreuer:Christos Vrettos, Helmut Meißner
Dokumentart:Dissertation
Sprache der Veröffentlichung:Deutsch
Veröffentlichungsdatum (online):31.12.2012
Datum der Erstveröffentlichung:31.12.2012
Veröffentlichende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Titel verleihende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Datum der Annahme der Abschlussarbeit:18.06.2012
Datum der Publikation (Server):14.01.2013
Freies Schlagwort / Tag:Saugspannungsmessung; Teilgesättigte Böden; Zyklischer Schwellversuch; Zyklischer Triaxialversuch; Zyklischer Wechselversuch
GND-Schlagwort:Geotechnik; Porenwasserdruck; Saugspannung; Stoffgesetz; Tensiometer; Triaxialgerät; Zyklische Belastung
Seitenzahl:XII, 221
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Fachbereich Bauingenieurwesen
DDC-Sachgruppen:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik
Lizenz (Deutsch):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vom 10.09.2012

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