Dissertationen Bert Schädlich, Technische Universität Graz, Institut für Bodenmechanik und Grundbau
A Multilaminate Constitutive Model for Stiff Soils In dieser Arbeit wird ein multilaminates Stoffgesetz für Finite Elemente-Berechnungen vorgestellt, in dem anisotrope Steifigkeiten bei sehr kleinen Dehnungen und das Entfestigungsverhalten steifer, überkonsolidierter Tonböden berücksichtigt werden können. Plastische Dehnungen werden in multilaminaten Stoffgesetzen auf voneinander unabhängigen sogenannten Integrationsebenen berechnet, wodurch Anisotropie infolge plastischer Verformungen in einer physikalisch plausiblen Form abgebildet werden kann. Es wird gezeigt, dass der gewählte Ansatz zur Modellierung anisotroper elastischer Steifigkeit die Bandbreite physikalisch möglicher Parameter abdeckt. Die Scherfestigkeit und das Entfestigungsverhalten überkonsolidierter Tonböden werden im Modell durch eine zusätzliche Hvorslev-Fließfläche auf den Integrationsebenen gesteuert. Dilatantes Materialverhalten ist ein Resultat der Überkonsolidierung und erfordert keine zusätzlichen Materialparameter. Berechnungsergebnisse mit diesem Modell werden mit experimentellen Daten von undrainierten Triaxialversuchen an zwei überkonsolidierten Tonböden verglichen. Zur Vermeidung von Netzabhängigkeit und numerischer Instabilität durch die Reduzierung der Scherfestigkeit wird ein nichtlokales Kontinuum für die Entfestigungsvariable verwendet.
werden, dass im Probeninnern gegenüber den Probenendflächen keine signifikant abweichenden Wassergehalte und somit konstante Anfangssaugspannungen vorliegen. Vor allem bei der Applikation von zyklischen Beanspruchungen zur Ermittlung des Materialverhaltens ist dieser Umstand von Bedeutung. Mit den Untersuchungsergebnissen konnten die Parameterfunktionen eines elastoplastischen Stoffgesetzansatzes in Abhängigkeit von der Anfangsporenzahl, des Anfangssättigungsgrades sowie des isotropen Spannungszustandes unter Berücksichtigung der zyklischen Einflussgrößen – dieses sind die axiale deviatorische Spannungsamplitude und die Lastzyklenzahl – für einen Frequenzbereich von 0,005 bis 0,01 Hz über einen Separationsansatz aufgestellt werden. Die Kopplung der Teilsättigung erfolgt dabei über den Sättigungsgrad anhand der porenzahlabhängigen Saugspannungscharakteristik (SWCC). Alle untersuchten teilgesättigten Bodenproben weisen in der zyklischen Lastphase durchgehend eine zyklischdeviatorische Dehnungsverfestigung auf. Ab einer Lastzyklenzahl größer 560 stagnieren die zyklisch bedingten Verformungen und es entsteht ein quasi-stationärer Verformungs- und Porendruckzustand. Dabei zeigen Wechselversuche eine signifikant höhere Verformungs- und Saugspannungsamplitude als Schwellversuche. Die aufgestellten Beziehungen gelten für einen Wertebereich der Anfangssättigungsgrade größer 82 % und der Anfangsporenzahl von 0,52 bis 0,64. Prof. Dr.-Ing. habil. Christos Vrettos, 18. Juni 2012
Mitteilungsheft der Gruppe Geotechnik Graz (Hrsg. Dietzel, M., Kieffer, S., Marte, R., Schubert, W., Schweiger, H. F.), Heft 47, Graz 2012
Michael Eckl, Technische Universität München
Prof. Helmut F. Schweiger, 25. April 2012
Tragverhalten von Rohrschirmdecken beim Tunnelbau im Lockergestein
Thomas Becker, Technische Universität Kaiserslautern
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 erfasst. Es kann gezeigt
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geotechnik 36 (2013), Heft 1
Im bergmännischen Tunnelbau werden Schirme aus weit vorauseilenden Rohren oder Injektionsbohrankern zunehmend häufig zur Sicherung des Gebirges an der Ortsbrust verwendet. In der genannten Arbeit wird das Tragverhalten dieser Schirme in Lockergesteinen untersucht. Grundlage dazu sind Berechnungen nach der Methode der Finiten Elemente bei Variation der wesentlichen Einflussparameter. Die Auswertung der Berechnungsergebnisse erlaubt Rückschlüsse auf das Tragverhalten der Schirme und ihre Interaktion mit dem umgebenden Gebirge. Die stabilisierenden Eigenschaften der Schirme werden dargestellt und untersucht. Ihre mechanischen Grund-
lagen und Voraussetzungen werden analysiert. Es kann gezeigt werden, dass durch die Schirme die Ausnutzung im Gebirge am Abschlag reduziert wird. Die Sicherheit des Vortriebs gegen einen möglichen Verbruch steigt. Die Auswirkungen der Schirme auf die sonstigen Sicherungsmittel des Tunnelvortriebs sowie auf Verformungen und Setzungen werden aufgezeigt. Darüber hinaus werden die im Rohrschirm entstehenden Schnittgrößen diskutiert. Ihre Entstehung und ihr Verlauf werden aus den Spannungstrajektorien an Ortsbrust und Abschlag erklärt. Anschließend wird ein Prognosemodell für die Ermittlung der relevanten Rohrschirmschnittgrößen aus den Ergebnissen der FE-Berechnungen abgeleitet. Ein Bemessungsverfahren analog den Regelungen der EA-Pfähle wird vorgeschlagen. Bis dato verwendete, einfache Modelle zur Beschreibung des Rohrschirmverhaltens werden untersucht. Es zeigt sich, dass sie das Tragverhaltens der Schirme nur in Teilen abbilden können. Schließlich wird eine Methodik vorgeschlagen, mit der die Schnittgrößen eines Rohrschirms in situ gemessen werden können. Die Arbeit ist unter http://mediatum2.ub.tum.de/node?id=1094674 zugänglich. Univ. Prof. Dr.-Ing. Norbert Vogt, 4. Juli 2012
Indra Noer Hamdhan, Technische Universität Graz, Institut für Bodenmechanik und Grundbau
A Contribution to Slope Stability Analysis with the Finite Element Method Das Hauptziel von Böschungsbruchberechnungen ist der Entwurf sicherer und wirtschaftlicher Böschungsbauwerke sowie die Einschätzung der Standsicherheit natürlicher Hänge. Dazu ist es erforderlich, mögliche Versagensmechanismen zu erfassen, die kurz- und langfristige Standsicherheit einzuschätzen sowie den potenziell destabilisierenden Einfluss von Umweltfaktoren zu berücksichtigen. Die zur Verfügung stehenden Berechnungsmethoden variieren in den zugrunde liegenden theoretischen Annahmen, wodurch sich zwangsläufig eine Variation der Berechnungsergebnisse in Abhängigkeit von der verwendeten Methode ergibt. Das verwendete Berechnungsverfahren sollte in der Lage sein, die tatsächlichen mechanischen Vorgänge innerhalb des Böschungskörpers möglichst realistisch abzubilden. In dieser Arbeit wird hierfür die Finite Ele-