In der Arbeit wird gezeigt, wie man die Bodensteifigkeit bei sehr kleinen Dehnungen sowie die Abnahme der Steifigkeit mit zunehmender Scherdehnung in Labor- und Feldversuchen ermitteln kann. Dazu werden typische Eigenschaften mineralischer und organischer Böden einschließlich Korrelationen zusammengestellt und wesentliche Unterschiede zum Bodenverhalten bei großen Dehnungen, insbesondere hinsichtlich der Steifigkeit und der Spannungsabhängigkeit aufgezeigt.
Weiterhin wird dargelegt, wie man mit dem hypoplastischen Stoffgesetz mit intergranularen Dehnungen das Bodenverhalten bei kleinen Dehnungen wirklichkeitsnah erfassen kann und wie die Stoffparameter zu bestimmen sind. Für die realistische Erfassung des Bodenverhaltens infolge zyklischer Belastung einschließlich der Ausbildung von Hystereseschleifen wird eine Modifizierung des hypoplastischen Stoffgesetzes unter Einführung eines zusätzlichen Stoffparameters vorgenommen. Es wird gezeigt, wie dieser Parameter in zyklischen Laborversuchen bestimmt werden kann und wie damit die Akkumulation von Dehnungen bei drainierten Bedingungen bzw. von Porenwasserdrücken bei undrainierten Bedingungen zuverlässig prognostiziert werden kann.
Anhand der dynamischen Beanspruchung eines Eisenbahndammes auf weichem, organischem Untergrund wird das modifizierte hypoplastische Stoffgesetz mit intergranularen Dehnungen für ein bodendynamisches Randwertproblem angewendet und gezeigt, dass damit das Bodenverhalten realistisch abgebildet werden kann. Die Berechnungsergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit Ergebnissen von Schwingungsmessungen und Langzeitverformungsmessungen.
Es werden bodendynamische Berechnungen zur Wellenausbreitung sowohl eindimensional als auch im Halbraum mit unterschiedlichen Stoffgesetzen geführt und Vergleiche mit analytischen Lösungen vorgenommen. Dazu wird gezeigt, welche Anforderungen an numerische Berechnungen zur Wellenausbreitung, insbesondere hinsichtlich Wahl der Zeitschritte, Elementgröße bzw. Knotenabstände, Größe des FE-Netzes und Modellierung der FE-Ränder erforderlich sind.:1 Einführung
2 Bodensteifgkeit
2.1 Defnition der Scherdehnung und der Schubspannung
2.2 Versuchstechnische Ermittlung der Bodensteifgkeiten
2.3 Ermittlung der Bodensteifgkeiten im Feld
2.4 Ermittlung der Bodensteifgkeiten im Labor
2.5 Bodensteifgkeit bei sehr kleinen Dehnungen
2.6 Abnahme der Steifigkeit mit zunehmender Scherdehnung
2.7 Bodenverhalten und Scherdehnungsgrenzen
2.8 Weitere bodendynamische Eigenschaften
3 Hypoplastisches Stogesetz
3.1 Allgemeine Formulierung der Hypoplastizität
3.2 Intergranulare Dehnungen
3.3 Bereich mit sehr kleinen Dehnungen
3.4 Bereich mit kleinen bis mittleren Dehnungen
3.5 Vergleich der Ergebnisse mit dem HS-Small-Modell
3.6 Zusammenfassung und Wertung der Ergebnisse
4 Numerische Berechnungen zur Wellenausbreitung
4.1 Eindimensionale Wellenausbreitung
4.2 Wellenausbreitung im Halbraum
4.3 Wellenausbreitung im porösen Medium
5 Anwendungsbeispiel
5.1 Geometrische Situation, Baugrundschichtung
5.2 Bodenmechanische und bodendynamische Kennwerte
5.3 Schwingungsmessungen
5.4 Messung von bleibenden Verformungen
5.5 Belastung
5.6 Numerische Modellierung
5.7 Hypoplastische Berechnung
5.8 Vergleich Mess- und Berechnungsergebnisse
5.9 Linear elastische Berechnung
5.10 Vergleich der Ergebnisse mit hypoplastischer und elastischer Berechnung
6 Zusammenfassung und Ausblick
Summary
Literaturverzeichnis
Symbolverzeichnis
Anhang A Berechnungen zur Wellenausbreitung
Anhang B Eingabedateien für Berechnungen mit TOCHNOG
Anhang C Herleitungen der Biot-Theorie / In this thesis it is shown how to determine the soil stiffness at very small strains, as well as the decrease in stiffness with increasing shear strain amplitude in laboratory and field tests. Typical properties and empirical correlations of coarse-, fine-grained and organic soils are collected and significant differences in soil stiffness and stress-dependence at small strains compared to large strains are shown.
Further it is shown how one can realistically reproduce the soil behaviour at small strains with the hypoplastic constitutive model with intergranular strains and how the material parameters are determined. For a realistic prediction of soil behaviour due to cyclic loading including hysteresis loops in the stress-strain relationship, a modification of the hypoplastic constitutive model is made by using an additional material parameter. It is shown how this additional parameter can be determined in cyclic laboratory tests and how the accumulation of strains in drained conditions and excess pore pressures built up in undrained conditions can be realistically reproduced.
Based on the dynamic load on a railway embankment on soft marshy ground, the modified hypoplastic constitutive model with intergranular strains is applied for a boundary value problem. It is demonstrated, that the soil behaviour can be reproduced realistically. Numerical results show a good agreement with results of vibration measurements and measurements of permanent displacements.
A dynamical numerical analysis is performed for both one-dimensional and half-space conditions. Different constitutive models have been applied and compared with analytical solutions. The results demonstrate requirements on numerical analysis of wave propagation, in particular with regards to time steps, element size, node spacing, size of the FE mesh and boundary conditions.:1 Einführung
2 Bodensteifgkeit
2.1 Defnition der Scherdehnung und der Schubspannung
2.2 Versuchstechnische Ermittlung der Bodensteifgkeiten
2.3 Ermittlung der Bodensteifgkeiten im Feld
2.4 Ermittlung der Bodensteifgkeiten im Labor
2.5 Bodensteifgkeit bei sehr kleinen Dehnungen
2.6 Abnahme der Steifigkeit mit zunehmender Scherdehnung
2.7 Bodenverhalten und Scherdehnungsgrenzen
2.8 Weitere bodendynamische Eigenschaften
3 Hypoplastisches Stogesetz
3.1 Allgemeine Formulierung der Hypoplastizität
3.2 Intergranulare Dehnungen
3.3 Bereich mit sehr kleinen Dehnungen
3.4 Bereich mit kleinen bis mittleren Dehnungen
3.5 Vergleich der Ergebnisse mit dem HS-Small-Modell
3.6 Zusammenfassung und Wertung der Ergebnisse
4 Numerische Berechnungen zur Wellenausbreitung
4.1 Eindimensionale Wellenausbreitung
4.2 Wellenausbreitung im Halbraum
4.3 Wellenausbreitung im porösen Medium
5 Anwendungsbeispiel
5.1 Geometrische Situation, Baugrundschichtung
5.2 Bodenmechanische und bodendynamische Kennwerte
5.3 Schwingungsmessungen
5.4 Messung von bleibenden Verformungen
5.5 Belastung
5.6 Numerische Modellierung
5.7 Hypoplastische Berechnung
5.8 Vergleich Mess- und Berechnungsergebnisse
5.9 Linear elastische Berechnung
5.10 Vergleich der Ergebnisse mit hypoplastischer und elastischer Berechnung
6 Zusammenfassung und Ausblick
Summary
Literaturverzeichnis
Symbolverzeichnis
Anhang A Berechnungen zur Wellenausbreitung
Anhang B Eingabedateien für Berechnungen mit TOCHNOG
Anhang C Herleitungen der Biot-Theorie
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:26726 |
| Date | 25 October 2012 |
| Creators | Wegener, Dirk |
| Contributors | Herle, Ivo, Neidhart, Thomas, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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