When the excess pore water pressure generated during an earthquake dissipates in saturated loose sand, it causes post-liquefaction reconsolidation that can potentially yield substantial damage to the structure. To build resilient infrastructure, it is paramount to estimate these settlements as well as introduce soil reinforcement techniques to mitigate associated risks. Although there are abundant studies on liquefaction triggering assessment, the study of post-liquefaction settlement and the effects of stone columns as soil reinforcement is a relatively less established field. Generally, simplified empirical methods are employed for settlement evaluations. However, they possess several limitations such as the influence of non-liquefiable layers, soil fabric, permeability, and so on. Numerical models can be utilized to capture these effects with proper validation. This study evaluates the performance of stone columns in reducing seismically induced post-liquefaction settlement utilizing the Finite Element Method (FEM) and constitutive relationship, PM4Sand model, as it has been extended to account for reconsolidation settlement. The ability of the numerical framework to capture reconsolidation settlement is validated by replicating a shake table test performed on Ottawa F-55 sand. Results are compared with a previous numerical study inspired by the same experiment. After validation, a generic numerical model is proposed, and the performance of the natural ground and the reinforced ground is compared. A parametric analysis using 12 different ground motions is performed to assess the effect of varying ground motion intensity on the post-liquefaction settlement. The analysis is also performed with the conventional PM4Sand model (without the extension for reconsolidation). Finally, simulations are performed with a footing load above the soil model. The results demonstrate that (a) the presence of stone columns reduces post-liquefaction settlement, and (b) conventional constitutive models can highly underpredict post-liquefaction settlement. Further research is required to assess the effects of (a) 3D, (b) variations in permeability, (c) parametric analysis of stone columns, and (d) densification of stone columns. / Master of Science / When subjected to an earthquake, loose saturated sand may undergo liquefaction and exhibit a reduction in shear strength due to a rise in excess pore water pressure and the corresponding reduction in effective stress. This leads to failures associated with settlements resulting from the gradual dissipation of excess pore pressures. This mechanism results in post-liquefaction settlement. Several authors have investigated the mechanism of the post-liquefaction behavior of sand and proposed methodologies to assess the deformation caused by seismic loads. They mainly conclude that the reconsolidation mechanism is characterized by a decrease in the overall soil stiffness and an increase in permeability. Among different methodologies to quantify this settlement, finite element numerical modeling is the most widely used. The primary task in performing such numerical simulation is to select the best constitutive model (i.e., stress-strain relationships) that can accurately capture post-liquefaction behavior. In this study, the capabilities and limitations of the most common constitutive models are reviewed. Moreover, the efficacy of stone columns is also assessed to mitigate the risk posed by liquefaction. Firstly, the numerical framework is validated against data from a shake table test experiment. Then, a numerical model is proposed and subjected to different seismic motions. The settlement of the ground with and without stone columns is assessed and compared for all motions. In addition, the efficacy of stone columns is also analyzed by simulating the model with a footing load. Thus, this study provides insights into the effectiveness of stone columns under different seismic motions.

Ground Improvement using vibro stone columns is gaining increasing acceptance on marginal soft clay sites as a sustainable foundation solution, particularly for lightly loaded low-rise structures supported by shallow, narrow footings. Most experience in this context however has been with widespread loads and use of the wet top-feed stone column technique, which has now been largely superseded, on environmental grounds, by the dry bottom-feed technique, and for which no significant published field trial data currently exists in deep soft clay deposits in the context of shallow, narrow footings. This research is therefore principally concerned with evaluating both the ground response to installation of partial depth vibro stone columns using the dry bottom-feed method in a deep moderately sensitive soft clay soil, together with the influence of parameters such as stone column spacing and length, founding depth within a thin surface 'crust', and also foundation shape on the performance of narrow footings subsequently constructed and subjected to incremental loading, over the installed stone columns, at the Bothkennar soft clay research site in Scotland. Comparisons are made with footings constructed within the surface 'crust' at Bothkennar without stone columns. Whilst stone columns were satisfactorily constructed with the dry bottom-feed technique at Bothkennar, it was evident that the vibroflot should not remain in the ground for longer than is necessary, in order to avoid excessive soil disturbance. For this reason construction of partial depth stone columns to a more uniform diameter, without construction of an 'end bulb', is advocated. Stress ratio was found to increase significantly with increasing length of stone column and also applied load, up to a maximum value of around 4.0. Moreover, for a trial footing founded at the base of the 'crust', stresses attracted by the columns were higher than all other columns where founding depth (level) was at shallower depth in the crust. A significant stress transfer was also measured beneath the toe of columns intentionally installed shorter than the minimum design length predicted by the Hughes and Withers (1974) approach at all iii applied loads, but not for columns equal to, or longer than minimum design length, confirming the predictions of this laboratory-based approach at the field scale. The stress measurements recorded by the field instrumentation demonstrate that the behaviour of the composite stone column-soil-foundation system is complex, with simultaneous and interdependent changes in pore pressures, soil stress ratios and resulting stiffness of both soil and columns. Whilst observed settlements exceeded those predicted, with larger foundation settlements observed at low applied loads over stone columns than at the same loading level in untreated ground, principally due to soil disturbance and accelerated consolidation effects during initial loading, at higher applied loadings however the stone columns significantly reduced the rate and magnitude of settlement compared to a foundation in the untreated 'crust'. It is therefore clear that the stone columns 'reinforced' the weak soil, providing a significantly increased factor of safety against bearing failure.

The thesis focuses on the time analysis of the subsoil which is reinforced with stone columns and without them. The subsoil is made of saturated clays. Main purpose is to introduce the improvement into the numerical models. For the purpose of the diploma thesis the software Plaxis has been chosen, which is normally used for geotechnical tasks. The influence of the stone columns have been introduce to the model using the drain elemnets, spare charakteristics and local elements.

The aim of the the thesis is to study the development of arch effect depending on the change of the various parameters such as grid of columns, height of embankments, material of embankment fill and material of columns. The first phase of work summarizes theoretical knowledges of stone columns and arch effect. The next phase deals with analysis of the effect of arch using numerical modeling. In the next part of the second phase circular tank based on stone columns will be modeled, where deformations and stress on columns will be monitored in changing constitutive model and applying substitute characteristics. Obtained results will be evaluated in conclusion.

Stone columns are an established method of liquefaction mitigation in clean sands (fines content <15%). Although stone columns are considered less effective in silty soils, an increase in the area replacement ratio or the addition of wick drains may still produce improvement in the normalized blow count. Limited case histories are available with a direct comparison of the use of stone columns with and without wick drains at one location. The Salmon Lake Dam Modification project provided such a scenario. Two test sections were completed at the site prior to construction to determine the area replacement ratio for the final design as well as to compare the application of stone columns with and without wick drains. Visual observations of water and air escaping from wick drains within a distance of 15 ft of the stone column construction confirmed that drains aided in pore pressure dissipation. Test results indicated that stone column treatment with wick drains produced greater improvement in blow count than stone column treatment without drains. For the overall site, there was an increase in improvement ranging from 3 to 8 SPT blow counts. When compared to the results of a similar evaluation of a site in Ogden, Utah, which had a comparable fines content and an area replacement ratio of 26%, the increase in stone column effectiveness produced by adding wick drains was lower at the Salmon Lake Dam site. The increase in improvement at the Ogden, Utah site ranged from 12 to 18 SPT blow counts. At the Ogden site, wick drains were placed between every stone column while they were only placed between vertical rows of columns at Salmon Lake dam. Despite the beneficial effects provided by using wick drains with stone column treatment in silty soils, the performance was below what would be expected for stone column treatment without wick drains in clean sands with less than 15% fines. Stone column treatment also proved less effective in layers of sandy silt than in layers of silty sand, which was indicated by lower average improvement and more points of negative improvement in layers of sandy silt. Although several different area replacement ratios were analyzed (23, 27, 31, and 35%), no consistent trend towards greater improvement in blow count was seen as the replacement ratio increased beyond 23%.

Las columnas de grava constituyen uno de los métodos habituales de mejora del terreno para la cimentación de terraplenes o estructuras en suelos blandos. Mejoran la capacidad portante y la estabilidad al deslizamiento y reducen el valor del asiento y el tiempo que tarda en producirse.Las columnas acortan el camino de drenaje de una forma similar a los drenes verticales. Por ello, suelen emplearse las mismas soluciones para estudiar su consolidación radial. Sin embargo, las columnas son mucho más rígidas que los drenes y soportan una parte importante de la carga. En esta tesis se ha desarrollado una solución analítica que permite incluir la interacción radial y vertical entre el suelo y la columna en el estudio de su consolidación radial. La solución permite obtener las tensiones y las deformaciones en cualquier instante a través de una sencilla hoja de cálculo.Se presentan también los resultados de la instrumentación realizada en dos obras reales en las que el terreno fue mejorado con columnas de grava. / Stone columns, either by the vibro-replacement or vibro-displacement methods, are one of the most common improvement techniques for foundation of embankments or structures on soft soils. The main effects usually considered with respect to the untreated ground conditions are: improvement of bearing capacity, reduction of total and differential settlements, acceleration of consolidation, improvement of the stability of embankments and natural slopes, and reduction of liquefaction potential.In this thesis, a new closed-form solution that includes the radial and vertical interaction between soil and column has been developed. The solution gives all the stresses and displacements at any time by means of a simple spreadsheet.The instrumentation of two different field sites where the ground was improved with stone columns is shown and analysed.

El estudio del proceso de consolidación radial alrededor de las columna de grava y de la interacción suelo-columna suele realizarse analizando una celda unitaria formada por una columna de grava central y el área de terreno circundante, sobre la cual ejerce su acción de mejora. En esta tesis doctoral se ha modelizado a escala reducida una celda unidad para analizar la transferencia de carga entre la columna y el terreno y el proceso de consolidación que se produce alrededor de la columna, para condiciones de carga vertical rígida.Se han realizado ensayos con columnas de dos diámetros distintos, con el fin de estudiar también la influencia del área de suelo blando reemplazada por la columna. Se presentan los resultados obtenidos en cada ensayo, su interpretación, y la comparación con soluciones teóricas existentes. Todo ello tanto para el análisis de la consolidación radial como para el comportamiento deformacional del conjunto suelo-columna. / The analysis of the radial consolidation process around the column and the column-soil interaction is based on the study of a unit cell approach, which consists of a central column of gravel and the surrounding soil. In this thesis, a unit cell in small scale has been reproduced with the aim of analyzing load transfer between soil and column, settlement reduction and radial consolidation process that happen when a rigid vertical load is applied on surface.Tests with two different geometries are carried out.From the results, some conclusions related to consolidation process, stress concentration factor and settlement reduction have been obtained for each testing geometry.The influence of the replacement area has been studied comparing the results of both geometries.Finally, the results are presented and interpreted using some existing analytical solutions related to consolidation process and stone columns deformation.

Some normally consolidated soft soils manifest strength sensitivity, ie these soil manifest strain softening when shear in an undrained mode. These soils, referred to as sensitive soft soils, have the typical features of strain hardening in drained shearing and strain softening in undrained shearing. The consolidation lines of these soils are also curved (concave upwards) in the semi-log space. However, under high consolidation stress or upon large shearing, these soils re-gain the features of re-constituted soil. Ground improvement methods like stone columns were reported as not effective when installed in the sensitive soft clays. But mechanism of the un-effectiveness of the stone columns remains unknown because of lack of a suitable and simple model for simulating the stress-strain behaviours of sensitive soft soils. Although these soils have a meta-stable micro-structure, models that developed for simulating structured firm soils are not suitable for simulating sensitive soft soil features. Thus, a new model was formulated. The new model can degenerate back to a Modified Cam Clay model. The ability of new model in simulating a range of behaviour was verified by using the finite difference (FD) method in solving the partial differential equations of the soil model for a range of tri-axial test conditions. The model was further implemented in coupled analysis formulation and coded into FEM program AFENA. Various cases with different soil parameters were then simulated and compared with the FD solutions for various triaxial tests so as to check the stability of the FEM code. The coupled FEA was then used to simulate the performance of geosynthetic-encased stone columns. A new stone column element and a geo-encasement element were developed and coded into AFENA. The stone column simulations were then done for both non-sensitive soils (represented by Modified Cam Clay model) and sensitive soft soil (represented by the new model). Parametric study was conducted to examine the performance of the geo-encased stone columns in both types of soils. Furthermore, two different installation methods: wished-in installation and full displacement installation were studied numerically. Cross comparison was done to investigate how the sensitive soft soil features interact with the installation method in affecting the performance of the geo-encased stone columns. A range of factors that influence the geosynthetic-encased stone columns performance installed in soft soils were also made clear.

Das Bodenverhalten unter dynamischer Beanspruchung ist sehr komplex, wird jedoch in der Praxis häufig mit Hilfe von vereinfachten Modellen abgebildet. Die Gültigkeit solcher Modelle ist jedoch aufgrund des spannungs- und dehnungsabhängigen Bodenverhaltens sehr begrenzt. Alternativ dazu bieten sich dynamische numerische Berechnungen mit fortgeschrittenen Stofmodellen, die das Bodenverhalten in einem großen Dehnungs- und Spannungsbereich realitätsnah repräsentieren können. In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich das komplexe Bodenverhalten unter dynamischen Einwirkungen mit Hilfe der Hypoplastizität abbilden lässt. Dabei wurde die entscheidende Rolle der Parameterermittlung veranschaulicht und zusätzlich ein angemessener Vorgang zur Bodenparameterbestimmung beschrieben. Zunächst wurde das Verhalten einer trockenen Sandschicht infolge von Erdbebenbeanspruchungen numerisch untersucht. Die Ergebnisse der Berechnungen zeigen, dass die Beschleunigungsamplifikation in der Nähe zur Bodenoberfläche von der Frequenz und der Amplitude der Grundbeschleunigung abhängt. Weiterhin nimmt die berechnete Eigenfrequenz und die entsprechende Amplifikation mit zunehmender Beschleunigungsamplitude ab. Des Weiteren wurde ein Zentrifugenversuch an einem im Sand eingebeteten Tunnel unter Erdbebeneinwirkungen nachgerechnet. Die berechneten Ergebnisse zeigen eine ausreichende Übereinstimmung mit dem Experiment. Mit der numerischen Nachrechnung wurde auch eine Abhängigkeit zwischen den Änderungen der Biegemomente in der Tunnelschale und der Oberflächensetzung im umliegenden Boden festgestellt. Die Standsicherheit von Böschungen unter Erdbebenbeanspruchungen stellt wegen des komplexen Bodenverhaltens eine weitere Herausforderung für die Berechnungen dar. Zunächst wurde überprüft, inwieweit sich das Böschungsverhalten mit der in der Praxis häufig eingesetzten pseudo-statischen Methode abbilden lässt. Hierfür wurde für eine in der Zentrifuge untersuchte Modellböschung die pseudostatische Analyse durchgeführt. Die im Zentrifugenversuch aufgetretenen oberflächennahen Gleitfläche lässt sich durch die pseudo-statische Methode nicht prognostizieren. Für eine oberflächennahe Gleitfläche wurde hingegen ein sehr hoher Standsicherheitsfaktor ermittelt. Mit einer numerischen Nachrechnung mit einem hypoplastischen Stoffmodell mit Betrachtung der intergranularen Dehnungen konnte das Verhalten der Modellböschung qualitativ und quantitativ sehr gut abgebildet werden. Somit wurden sowohl die oberflächennahe Gleitfläche als auch die Vertikal- und Horizontalverschiebungen realitätsnah wiedergegeben. In dieser Arbeit wurde des Weiteren ein Vorgang als Kombination zwischen den dynamischen numerischen Berechnungen und der pseudo-statischen Methode zur Bewertung der Standsicherheit von Böschungen unter dynamischer Einwirkung vorgeschlagen. Damit ließ sich ebenso ein realitätsnäher Stansicherheitsfaktor ermitteln. Da die Anwendung der pseudo-statischen Methode bei den Böschungen aus wassergesättigten kohäsionslosen Böden problematisch ist, lassen sich solche Böschungen entweder mit Zentrifugenmodellen oder numerisch mit fortgeschrittenen Stoffmodellen untersuchen. In dieser Arbeit wurden Nachrechnungen von Zentrifugenversuchen durchgeführt. Es handelt sich um einen Erddamm aus einem wassergesättigten, dicht gelagerten Nevada Sand unter Erdbebeneinwirkung. Mit der numerischen Berechnung wurde das Dammverhalten qualitativ und quantitativ sehr gut abgebildet. Sowohl die Dammverschiebungen als auch der Aufbau des Porenwasserdrucks zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den Messungen. Weiterhin wurden mit den gleichen Bodenparametern zwei weitere Zentrifugenversuche unter Erdbebeneinwirkung nachgerechnet. Beide Modellversuche wurden mit einem locker gelagerten, wassergesättigten Nevada Sand durchgeführt. Bei einem Versuch wurde ein Erddamm und bei dem anderen eine Sandschicht untersucht. In den numerischen Nachrechnungen ließen sich sowohl die Verschiebungen als auch die Porenwasserdrücke in beiden Randwertproblemen realistisch abbilden. Weiterhin wurde die Wirkung von Schottersäulen zur Verhinderung der Bodenverflüssigung numerisch untersucht. Zunächst wurden die Dränage- und die Aussteifungswirkung der Schottersäulen unabhängig voneinander betrachtet. Die Dränagewirkung ist vernachlässigbar, da sich während eines Erdbebens der Porenwasserdruck sehr schnell aufbaut. Wegen der hohen Steifigkeit der Schottersäulen wird zwar weniger Porenwasserdruck in den Boden aufgebaut. Die effektive Spannung nimmt jedoch trotzdem unverhindert ab. Dies lässt sich damit begründen, dass die hohe Säulensteifigkeit zu einer Spannungsumlagerung in Richtung Säulen führt und ein Siloeffekt entsteht. Somit wird der Boden zum Teil von den Säulen getragen und die totale Spannung im Boden nimmt ab. In der 3D-Berechnungen ist dieser Siloeffekt deutlich geringer als in den 2D-Berechnungen. Nichtsdestotrotz zeigen sowohl die 2D- als auch die 3D-Berechnungen, dass die Säulensteifigkeit eine nur mäßige Wirkung zur Verhinderung der Bodenverflüssigung aufweist. In weiteren 3D-Berechnungen wurde der Einfluss der Säulenherstellung untersucht. Hierfür wurden Berechnungen mit erhöhter Bodendichte und Seitenspannung durchgeführt. Sowohl die Verdichtung als auch die Erhöhung der Seitenspannung verlangsamen den Porenwasserdruckaufbau bzw. die Abnahme der effektiven Spannung. Der Einfluss der Bodenverdichtung ist jedoch wesentlich höher. Weiterhin weist die Wirkung der Schottersäulen eine Abhängigkeit von der dynamischen Belastung auf. Die Bodenverflüssigung infolge eines kleinen Erdbebens wird verhindert, während sich die Verflüssigung infolge eines stärkeren Erdbebens nur um wenige Sekunden verzögert. / The soil behavior under dynamic loading is very complex. However, in daily use it is often illustrated by means of simplified models. The validity of these models is very limited due to the stress and strain-dependent soil behavior. Alternatively, dynamic numerical calculations can be performed with advanced constitutive models which can represent soil behavior in a wide range of strain and stress. In this work it was investigated, to which extent the complex soil behavior can be reproduced using hypoplasticity.Furthermore,the important role of parameter determination was illustrated. In addition, an appropriate procedure for determining soil parameters was described. First, the behavior of a dry sand layer under earthquake load was investigated numerically. The results of the calculations show that the acceleration amplification near the ground surface depends on the frequency and the amplitude of the basic acceleration. Furthermore, the calculated natural frequency and the corresponding amplification decrease with increasing acceleration amplitude. In addition, a centrifuge test on a tunnel embedded in sand under earthquake effects was numerically calculated. The calculated results show a satisfactory agreement with the experiment. The numerical calculation also revealed a dependency between the changes in the bending moments in the tunnel lining and the surface settlement of the surrounding soil. Due to the complex soil behavior, the stability of slopes under earthquake loads poses a further challenge for the calculations. Firstly, it was examined, to which extent slope behavior can be represented with the frequently used pseudo-static method. For this purpose the pseudo-static analysis was carried out for a model earth dam examined in the centrifuge. The pseudo-static method predicts a deep seated sliding surface in contrast to the shallow sliding surface in the centrifuge test. However, for a shallow sliding surface, a very high stability safety factor was determined. With a numerical calculation using a hypoplastic material model considering the intergranular strains, the behavior of the earth dam could be reproduced qualitatively and quantitatively very well. Thus, the shallow sliding surface as well as the vertical and horizontal displacements were reproduced realistically. In this thesis, a combination of the dynamic numerical calculation and the pseudo-static method for assessing the stability of slopes under dynamic influence was proposed. So, a realistic stability safety factor can be determined. The application of the pseudo-static method is problematic in case of slopes in saturated non-cohesive soil. These slopes can either be investigated with centrifuge models or numerically with advanced material models. In this work, numerical recalculations of centrifuge tests were carried out. It is an earth dam from a saturated Nevada sand under an earthquake effect. With the numerical calculation the dam behavior was reproduced qualitatively and quantitatively in a satisfactory manner. Both the dam displacements as well as the build-up of pore water pressure show a very good agreement with the measurements. Two further centrifuge tests were also carried out using the same soil parameters. Both model tests were conducted with a loose saturated Nevada sand. One test was carried out on an earth dam and the other on a sand layer. With the numerical calculations, both displacements and pore water pressures were reproduced realistically in both boundary value problems. In addition the effect of stone columns to prevent soil liquefaction was studied numerically. First, the drainage and stiffening effects of stone columns were examined separately. The drainage effect has no significant influence because of the very rapid build-up of pore water pressure during the earthquake. Due to the high stiffness of the stone columns, less pore water pressure builds up in the soil. However, the effective stress continues to decrease unhindered. The high stiffness of the columns leads to a stress redistribution in the direction of the columns and a silo effect arises. In 3D calculations, the silo effect is significantly lower than in 2D calculations. The 2D and 3D calculations show that the column stiffness has a moderate effect to prevent soil liquefaction. In further 3D calculations, the influence of column installation was investigated. Calculations with increased soil density and lateral stress were carried out for this purpose. Both the compaction and the increase of the lateral stress slow down the build-up of pore water pressure and the decrease in effective stress. However, the impact of soil compaction is much higher. Furthermore, the effect of stone columns depends on the dynamic load. The soil liquefaction due to a small earthquake is prevented, while liquefaction due to a stronger earthquake is delayed only by a few seconds.

Das Bodenverhalten unter dynamischer Beanspruchung ist sehr komplex, wird jedoch in der Praxis häufig mit Hilfe von vereinfachten Modellen abgebildet. Die Gültigkeit solcher Modelle ist jedoch aufgrund des spannungs- und dehnungsabhängigen Bodenverhaltens sehr begrenzt. Alternativ dazu bieten sich dynamische numerische Berechnungen mit fortgeschrittenen Stofmodellen, die das Bodenverhalten in einem großen Dehnungs- und Spannungsbereich realitätsnah repräsentieren können. In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich das komplexe Bodenverhalten unter dynamischen Einwirkungen mit Hilfe der Hypoplastizität abbilden lässt. Dabei wurde die entscheidende Rolle der Parameterermittlung veranschaulicht und zusätzlich ein angemessener Vorgang zur Bodenparameterbestimmung beschrieben. Zunächst wurde das Verhalten einer trockenen Sandschicht infolge von Erdbebenbeanspruchungen numerisch untersucht. Die Ergebnisse der Berechnungen zeigen, dass die Beschleunigungsamplifikation in der Nähe zur Bodenoberfläche von der Frequenz und der Amplitude der Grundbeschleunigung abhängt. Weiterhin nimmt die berechnete Eigenfrequenz und die entsprechende Amplifikation mit zunehmender Beschleunigungsamplitude ab. Des Weiteren wurde ein Zentrifugenversuch an einem im Sand eingebeteten Tunnel unter Erdbebeneinwirkungen nachgerechnet. Die berechneten Ergebnisse zeigen eine ausreichende Übereinstimmung mit dem Experiment. Mit der numerischen Nachrechnung wurde auch eine Abhängigkeit zwischen den Änderungen der Biegemomente in der Tunnelschale und der Oberflächensetzung im umliegenden Boden festgestellt. Die Standsicherheit von Böschungen unter Erdbebenbeanspruchungen stellt wegen des komplexen Bodenverhaltens eine weitere Herausforderung für die Berechnungen dar. Zunächst wurde überprüft, inwieweit sich das Böschungsverhalten mit der in der Praxis häufig eingesetzten pseudo-statischen Methode abbilden lässt. Hierfür wurde für eine in der Zentrifuge untersuchte Modellböschung die pseudostatische Analyse durchgeführt. Die im Zentrifugenversuch aufgetretenen oberflächennahen Gleitfläche lässt sich durch die pseudo-statische Methode nicht prognostizieren. Für eine oberflächennahe Gleitfläche wurde hingegen ein sehr hoher Standsicherheitsfaktor ermittelt. Mit einer numerischen Nachrechnung mit einem hypoplastischen Stoffmodell mit Betrachtung der intergranularen Dehnungen konnte das Verhalten der Modellböschung qualitativ und quantitativ sehr gut abgebildet werden. Somit wurden sowohl die oberflächennahe Gleitfläche als auch die Vertikal- und Horizontalverschiebungen realitätsnah wiedergegeben. In dieser Arbeit wurde des Weiteren ein Vorgang als Kombination zwischen den dynamischen numerischen Berechnungen und der pseudo-statischen Methode zur Bewertung der Standsicherheit von Böschungen unter dynamischer Einwirkung vorgeschlagen. Damit ließ sich ebenso ein realitätsnäher Stansicherheitsfaktor ermitteln. Da die Anwendung der pseudo-statischen Methode bei den Böschungen aus wassergesättigten kohäsionslosen Böden problematisch ist, lassen sich solche Böschungen entweder mit Zentrifugenmodellen oder numerisch mit fortgeschrittenen Stoffmodellen untersuchen. In dieser Arbeit wurden Nachrechnungen von Zentrifugenversuchen durchgeführt. Es handelt sich um einen Erddamm aus einem wassergesättigten, dicht gelagerten Nevada Sand unter Erdbebeneinwirkung. Mit der numerischen Berechnung wurde das Dammverhalten qualitativ und quantitativ sehr gut abgebildet. Sowohl die Dammverschiebungen als auch der Aufbau des Porenwasserdrucks zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den Messungen. Weiterhin wurden mit den gleichen Bodenparametern zwei weitere Zentrifugenversuche unter Erdbebeneinwirkung nachgerechnet. Beide Modellversuche wurden mit einem locker gelagerten, wassergesättigten Nevada Sand durchgeführt. Bei einem Versuch wurde ein Erddamm und bei dem anderen eine Sandschicht untersucht. In den numerischen Nachrechnungen ließen sich sowohl die Verschiebungen als auch die Porenwasserdrücke in beiden Randwertproblemen realistisch abbilden. Weiterhin wurde die Wirkung von Schottersäulen zur Verhinderung der Bodenverflüssigung numerisch untersucht. Zunächst wurden die Dränage- und die Aussteifungswirkung der Schottersäulen unabhängig voneinander betrachtet. Die Dränagewirkung ist vernachlässigbar, da sich während eines Erdbebens der Porenwasserdruck sehr schnell aufbaut. Wegen der hohen Steifigkeit der Schottersäulen wird zwar weniger Porenwasserdruck in den Boden aufgebaut. Die effektive Spannung nimmt jedoch trotzdem unverhindert ab. Dies lässt sich damit begründen, dass die hohe Säulensteifigkeit zu einer Spannungsumlagerung in Richtung Säulen führt und ein Siloeffekt entsteht. Somit wird der Boden zum Teil von den Säulen getragen und die totale Spannung im Boden nimmt ab. In der 3D-Berechnungen ist dieser Siloeffekt deutlich geringer als in den 2D-Berechnungen. Nichtsdestotrotz zeigen sowohl die 2D- als auch die 3D-Berechnungen, dass die Säulensteifigkeit eine nur mäßige Wirkung zur Verhinderung der Bodenverflüssigung aufweist. In weiteren 3D-Berechnungen wurde der Einfluss der Säulenherstellung untersucht. Hierfür wurden Berechnungen mit erhöhter Bodendichte und Seitenspannung durchgeführt. Sowohl die Verdichtung als auch die Erhöhung der Seitenspannung verlangsamen den Porenwasserdruckaufbau bzw. die Abnahme der effektiven Spannung. Der Einfluss der Bodenverdichtung ist jedoch wesentlich höher. Weiterhin weist die Wirkung der Schottersäulen eine Abhängigkeit von der dynamischen Belastung auf. Die Bodenverflüssigung infolge eines kleinen Erdbebens wird verhindert, während sich die Verflüssigung infolge eines stärkeren Erdbebens nur um wenige Sekunden verzögert. / The soil behavior under dynamic loading is very complex. However, in daily use it is often illustrated by means of simplified models. The validity of these models is very limited due to the stress and strain-dependent soil behavior. Alternatively, dynamic numerical calculations can be performed with advanced constitutive models which can represent soil behavior in a wide range of strain and stress. In this work it was investigated, to which extent the complex soil behavior can be reproduced using hypoplasticity.Furthermore,the important role of parameter determination was illustrated. In addition, an appropriate procedure for determining soil parameters was described. First, the behavior of a dry sand layer under earthquake load was investigated numerically. The results of the calculations show that the acceleration amplification near the ground surface depends on the frequency and the amplitude of the basic acceleration. Furthermore, the calculated natural frequency and the corresponding amplification decrease with increasing acceleration amplitude. In addition, a centrifuge test on a tunnel embedded in sand under earthquake effects was numerically calculated. The calculated results show a satisfactory agreement with the experiment. The numerical calculation also revealed a dependency between the changes in the bending moments in the tunnel lining and the surface settlement of the surrounding soil. Due to the complex soil behavior, the stability of slopes under earthquake loads poses a further challenge for the calculations. Firstly, it was examined, to which extent slope behavior can be represented with the frequently used pseudo-static method. For this purpose the pseudo-static analysis was carried out for a model earth dam examined in the centrifuge. The pseudo-static method predicts a deep seated sliding surface in contrast to the shallow sliding surface in the centrifuge test. However, for a shallow sliding surface, a very high stability safety factor was determined. With a numerical calculation using a hypoplastic material model considering the intergranular strains, the behavior of the earth dam could be reproduced qualitatively and quantitatively very well. Thus, the shallow sliding surface as well as the vertical and horizontal displacements were reproduced realistically. In this thesis, a combination of the dynamic numerical calculation and the pseudo-static method for assessing the stability of slopes under dynamic influence was proposed. So, a realistic stability safety factor can be determined. The application of the pseudo-static method is problematic in case of slopes in saturated non-cohesive soil. These slopes can either be investigated with centrifuge models or numerically with advanced material models. In this work, numerical recalculations of centrifuge tests were carried out. It is an earth dam from a saturated Nevada sand under an earthquake effect. With the numerical calculation the dam behavior was reproduced qualitatively and quantitatively in a satisfactory manner. Both the dam displacements as well as the build-up of pore water pressure show a very good agreement with the measurements. Two further centrifuge tests were also carried out using the same soil parameters. Both model tests were conducted with a loose saturated Nevada sand. One test was carried out on an earth dam and the other on a sand layer. With the numerical calculations, both displacements and pore water pressures were reproduced realistically in both boundary value problems. In addition the effect of stone columns to prevent soil liquefaction was studied numerically. First, the drainage and stiffening effects of stone columns were examined separately. The drainage effect has no significant influence because of the very rapid build-up of pore water pressure during the earthquake. Due to the high stiffness of the stone columns, less pore water pressure builds up in the soil. However, the effective stress continues to decrease unhindered. The high stiffness of the columns leads to a stress redistribution in the direction of the columns and a silo effect arises. In 3D calculations, the silo effect is significantly lower than in 2D calculations. The 2D and 3D calculations show that the column stiffness has a moderate effect to prevent soil liquefaction. In further 3D calculations, the influence of column installation was investigated. Calculations with increased soil density and lateral stress were carried out for this purpose. Both the compaction and the increase of the lateral stress slow down the build-up of pore water pressure and the decrease in effective stress. However, the impact of soil compaction is much higher. Furthermore, the effect of stone columns depends on the dynamic load. The soil liquefaction due to a small earthquake is prevented, while liquefaction due to a stronger earthquake is delayed only by a few seconds.