Aktuelle Forschung in der Bodenmechanik 2015: Tagungsband zur 2. Deutschen Bodenmechanik Tagung, Bochum

260 Pages·2015·14.61 MB·German

by  Tom Schanz, Achim Hettler (eds.)

Aktuelle Forschung in der Bodenmechanik 2015
Tom Schanz • Achim Hettler (Hrsg.)
Aktuelle Forschung in der
Bodenmechanik 2015
Tagungsband zur 2. Deutschen
Bodenmechanik Tagung, Bochum
Herausgeber
Tom Schanz Achim Hettler
Fakultät für Bau- und Fakultät Architektur und Bauingenieurwesen
Umweltingenieurwissenschaften TU Dortmund
Ruhr-Universität Bochum Dortmund, Deutschland
Bochum, Deutschland
ISBN 978-3-662-45990-4 ISBN 978-3-662-45991-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-45991-1
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Vorwort
Als wir vor nunmehr zwei Jahren die 1. Deutsche Bodenmechanik Tagung kon-
zipierten, waren wir uns des Risikos eines solchen Tuns durchaus bewusst. Gab
es doch bereits eine Vielzahl nationaler und internationaler Tagungen, von denen
insbesonderedienationalenKonferenzenauchsehrgutvonderdeutschenGeotech-
nikszene wahrgenommen werden. Überdies stellte sich die Frage, ob die deutsche
BodenmechaniküberhauptgenugAufmerksamkeitfindetoderessichhierbeivoral-
lemumeineinterneAngelegenheitderForschungseinrichtungenhandelt.Diegroße,
positiveResonanz,diewirerfahrendurften,bestärkteunsjedochaufunseremWeg
undführteschlussendlichzuderEntscheidung,diezweiteTagungam19.Mai2015
anderRuhr-UniversitätBochumzurealisieren.
An unserem inhaltlichen Konzept haben wir wenig geändert. Mit den diesjäh-
rigen Schwerpunktthemen „Stoffgesetze und Materialverhalten“ und „Boden als
Mehrphasensystem“ werden zwei ebenso klassische wie aktuelle Themengebiete
beleuchtet.SiespiegelninderVielfaltderEinzelvorträgedasbreiteSpektrumvon
aktuellen, theoretischen und experimentellen Fragestellungen der Bodenmechanik
wider.DerThemenblock„AnwendungsbezogeneHerausforderungeninderBoden-
mechanik“schlägtdieBrückezurAnwendungderbodenmechanischenForschung
in der Geotechnik. Wir sind darüber hinaus sehr froh, mit Heinz Brandl und An-
drewN.Schofieldzweiherausragende,internationaleFachkollegenfüreineinvited
lecturegewinnenzukönnen.BeidenweiterenVorträgensindwirunsererLinietreu
geblieben, repräsentativ aus der deutschen Bodenmechanik und ihren Standorten
sowohletablierteKollegenalsauchjüngereWissenschaftlereinzuladen.Sowerden
dieverschiedenenThemenschwerpunkteimmervoneinemerfahrenenKollegenals
Mentor begleitet. Bei den jüngeren Kollegen handelt es sich um Wissenschaftler
bzw.Geotechniker,dieunsdurchihrePublikationenund/oderVortragstätigkeitbe-
sonders aufgefallen sind. Alles in allem ergibt sich mit diesem Tagungsband im
IdealfalleineArtAlmanachderdeutschenBodenmechanik,derderenVielfaltund
Qualitätnachhaltigdokumentiert.
ix
x Vorwort
BleibtderWunschderbeidenInitiatoren,dassdiejüngerenKollegeninZukunft
vermehrt den Schritt an die internationale Öffentlichkeit „wagen“, um die deut-
scheBodenmechanikauchimAuslandnachhaltigzuvertreten.Diesbetrifftneben
TagungsteilnahmenvorallemdiePublikationstätigkeitininternationalenFachzeit-
schriften.AuseigenerErfahrungkönnenwirfeststellen,dassdasWagnisalssolches
gar nicht existiert und die Belohnung in Form vom Austausch mit internationalen
Bodenmechanikernsehranregend,stimulierendistundletztendlichauchdieQuali-
tätdereigenenArbeitfördert.
ZumSchlussmöchtenwirunsganzherzlich,quasistellvertretendundinalpha-
betischerReihenfolgebeifolgenden„gutenGeistern“bedanken,ohnederenexzel-
lenteArbeitdieTagungundderTagungsbandnichtmöglichgewesenwären:Herrn
Achim v. Blumenthal, MSc. und Frau Dipl.-Ing. Nina Müthing (Tagungsorganisa-
tion, Programm und Tagungsband), Herrn Christoph Schmüdderich, BSc. (Druck-
vorlagedesTagungsbandes)sowieFrauDorisTraas(DurchführungderTagung).
DerDGGTdankenwirfürdieerneuteÜbernahmederSchirmherrschaftfürdiese
TagungunddemSpringer-VerlagfürdiegewohntguteZusammenarbeitundQuali-
tätdesTagungsbandes.
Bochum&Dortmund TomSchanz
imFrühjahr2015 AchimHettler
Inhaltsverzeichnis
Vorwort ........................................................... ix
CurriculumVitaeHeinzBrandl (Festvortrag) ....................... 1
1 VomGrundbauzurBodenmechanik–
vonderBodenmechanikzurGeotechnik ........................ 3
HeinzBrandl
1.1 Einleitung ............................................... 3
1.2 HistorischeBemerkungenzurBodenmechanik................. 4
1.3 Geotechnik-einzeitgemäßerSammelbegriff .................. 12
1.3.1 Historisches ...................................... 12
1.3.2 Risken in der Geotechnik und geotechnisches
Risikomanagement ................................ 15
1.4 TheorieundPraxis ........................................ 19
1.5 Summary ................................................ 22
Literaturverzeichnis ............................................. 22
CurriculumVitaeAndrewN.Schofield (InvitedLecture) .............. 25
TeilI StoffgesetzeundMaterialverhalten
2 Lagrange-EulerFormulierungeninderBodenmechanik .......... 29
StavrosA.Savidis&DanielAubram
2.1 Einleitung ............................................... 29
2.2 KontinuumsmechanischeModellierung....................... 32
2.2.1 KinematikundBilanzgleichungen ................... 32
2.2.2 ModellierungdesBodens........................... 34
2.3 Lagrange-EulerMethoden.................................. 36
2.3.1 SALEMethoden .................................. 37
2.3.2 MMALEMethoden................................ 39
xi
xii Inhaltsverzeichnis
2.3.3 CELMethoden ................................... 41
2.4 NumerischeImplementierung............................... 42
2.5 SchlussfolgerungenundAusblick............................ 43
Literaturverzeichnis ............................................. 44
3 Newfindingsregardingthebehaviourofsoilsundercyclicloading .. 47
TorstenWichtmann
3.1 Introduction.............................................. 47
3.2 Erasureofthememoryofcyclicpreloadinghistory ............ 48
3.3 Multiplepolarizationchanges .............................. 52
3.4 Influenceofsamplepreparationmethod(initialfabric) .......... 58
3.5 Summaryandconclusions.................................. 64
References..................................................... 65
4 Numericalsimulationofdeepandshallowenergystoragesystems
inrocksalt ................................................. 69
ElhamMahmoudi,KavanKhaledi,DiethardKönig&TomSchanz
4.1 Introduction.............................................. 69
4.2 Rocksaltbehaviour ....................................... 72
4.2.1 Creepbehaviourofrocksalt ........................ 72
4.2.2 Materialparametersidentification.................... 72
4.2.3 Dilationcriterion.................................. 73
4.3 Numericalmodelofcavern ................................. 75
4.3.1 Geometry ........................................ 75
4.3.2 Initialstress ...................................... 77
4.3.3 Internalpressureofcavern .......................... 77
4.4 Resultsanddiscussion ..................................... 78
4.5 Conclusion............................................... 82
References..................................................... 83
5 BestimmungderPorenzahlausDrucksondierungen .............. 85
MarkusUhlig&IvoHerle
5.1 Einleitung ............................................... 86
5.2 InterpretationsmethodederDrucksondierung .................. 87
5.2.1 Hohlraumaufweitung .............................. 87
5.2.2 MethodeundStoffmodell........................... 88
5.3 CPTU-Laborversuche...................................... 90
5.3.1 Versuchsanlage ................................... 90
5.3.2 VersuchsablaufundAuswertung ..................... 91
5.4 VersuchsergebnisseundKalibrierfaktoren..................... 93
5.4.1 VersuchsmaterialienundStoffmodellparameter......... 93
5.4.2 Sondier-undZustandsgrößen ....................... 94
5.4.3 Formfaktoren ..................................... 95
5.5 ZusammenfassungundAusblick ............................ 99
Literaturverzeichnis ............................................. 99
Inhaltsverzeichnis xiii
6 MaterialverhaltenvongefrorenemSandausTriaxialversuchenan
kubischenProben ........................................... 101
KaiMerz&ChristosVrettos
6.1 Einleitung ...............................................101
6.2 Elasto-viskoplastischesStoffmodell..........................102
6.3 BeschreibungderdurchgeführtenVersuche....................105
6.3.1 Material .........................................105
6.3.2 Versuchstechnik...................................105
6.3.3 Versuchsablauf....................................106
6.4 VersuchsergebnisseundInterpretation ........................107
6.5 SchlussfolgerungenundAusblick............................109
Literaturverzeichnis .............................................117
TeilII BodenalsMehrphasensystem
7 Soilmodellingconsideringtheinfluenceofgasinclusionsinpore
waterbelowthepiezometricline-ashortintroduction ............ 121
RolandSchulze&OliverStelzer
7.1 Introduction..............................................121
7.2 Compressibilityofporewaterwithgasinclusions ..............122
7.3 Consolidationanalysisconsideringcompressibleporewater-
theoreticalbackground.....................................124
7.3.1 Constantwater-gascompressibility...................125
7.3.2 Pressure-dependentwater-gascompressibility..........126
7.4 Geotechnicalapplications ..................................127
7.4.1 Effectsofrapidwaterleveldrawdownonthestability
ofbanksandbottominriversandcanals ..............128
7.4.2 RetainingWalls ...................................130
7.4.3 Slopestability ....................................131
7.4.4 Damunderrapiddrawdownconditions ...............135
7.5 Summaryandfutureperspective.............................137
References.....................................................139
8 UntersuchungdermetastabilenStrukturteilgesättigterBöden ..... 141
ClaasMeier
8.1 EinführungindieThematik.................................141
8.2 UntersuchungderBodenstruktur ............................143
8.3 GeochemischeUntersuchungen .............................146
8.4 HydrokonsolidationsverhaltenbeistatischerBelastung ..........147
8.5 Empirisch-deduktivePrognosemethode.......................149
8.6 Zusammenfassung ........................................151
Literaturverzeichnis .............................................152
xiv Inhaltsverzeichnis
9 Gekoppelte strukturelle Veränderungen in schrumpfenden,
verdichtetenTonenundderendielektrischeEigenschaften ......... 155
MariaNoack,NormanWagner&KarlJosefWitt
9.1 Einleitung ...............................................156
9.2 MaterialbeschreibungundProbenvorbereitung.................157
9.3 VersuchsausstattungundDurchführung.......................158
9.3.1 FreieSchrumpfversucheundSaugspannungsversuche...158
9.3.2 DielektrischeUntersuchungen.......................160
9.4 ErgebnisseundDiskussion .................................161
9.4.1 FreieSchrumpfversucheundSaugspannungsversuche...161
9.4.2 DielektrischeUntersuchungen.......................164
9.5 Fazit ....................................................167
Literaturverzeichnis .............................................168
10 ISA:Aconstitutivemodelfordepositedsand .................... 169
WilliamFuentes&TheodorosTriantafyllidis
10.1 Introduction..............................................169
10.2 Referencemodelformulation ...............................171
10.2.1 Intergranularstrainevolutionequation ................171
10.2.2 Mechanicalmodelformulation ......................173
10.3 Extensiontoconsiderinherentfabric .........................178
10.4 Materialparameters .......................................181
10.5 Numericalimplementation .................................182
10.6 SimulationsofelementtestwithKarlsruhefinesand............182
10.7 Finalremarks.............................................186
References.....................................................186
TeilIII AnwendungsbezogeneHerausforderungeninderBodenmechanik
11 AnforderungenandiebodenmechanischeModellbildunginder
Baupraxis.................................................. 191
RolfKatzenbach,SteffenLeppla,HendrikRamm&GregorBachmann
11.1 Einleitung ...............................................191
11.2 ReduktionderScherparameter(ϕ-c-Reduktion)zurnumerischen
BestimmungderStandsicherheit.............................192
11.2.1 Grundlagenderϕ-c-Reduktion ......................192
11.2.2 Beispiel1:BöschungohneäußereLast ...............193
11.2.3 Beispiel2:BöschungmitäußererLast ................196
11.2.4 Diskussionderϕ-c-Reduktion.......................198
11.3 NumerischeProbebelastungenzurBestimmungderStandsicherheit199
11.3.1 GrundlagendernumerischenProbebelastung ..........199
11.3.2 BeispieleinernumerischenProbebelastung............200
11.3.3 DiskussiondernumerischenProbebelastung ...........202
11.4 KalibrierungnumerischerModelle...........................203
11.4.1 GrundlagenderKalibrierung ........................203
11.4.2 BeispielzurKalibrierungnumerischerModelle ........203