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Detailergebnis zu DOK-Nr. 58087

Nichtlineares Steifigkeitsverhalten von Tonschichten (Orig. engl.: Non-linearity and small strain behaviour in lacustrine clay)

Autoren	S. Messerklinger
Sachgebiete	7.1 Baugrunderkundung; Untersuchung von Boden und Fels

Zürich: vdf Hochschulverlag, 2006, XXIII, 452 S., zahlr. B, T, Q (Veröffentlichungen des Instituts für Geotechnik (IGT) der ETH Zürich H. 225). - ISBN 3-7281-3083-4

In dem Forschungsprojekt wurde das Verformungsverhalten von nacheiszeitlichen feinkörnigen Gletscherablagerungen untersucht. Dabei wurde vor allem auf den Einfluss der Spannungsgeschichte und der natürlichen Anisotropie auf das nichtlineare, elasto-plastische Steifigkeitsverhalten eingegangen. Dafür wurden dränierte triaxiale Spannungspfadversuche an Seebodenlehmproben von Kloten durchgeführt. Für die experimentellen Untersuchungen wurde ein triaxialer Versuchsapparat entwickelt. Die axiale Dehnungsmessung erfolgte mit einem Wegaufnehmer (LVDT), der eine Messgenauigkeit von 5 Mikrometer erreicht, was einer axialen Dehnungsgenauigkeit von 0,01 % entspricht. Für die radiale Verformungsmessung, die in vertikaler Richtung bewegt werden kann, wurde die Oberfläche der Probe mit 3 Lasern mit einer Genauigkeit von 10 Mikrometer, oder 0,04 % radialer Dehnung, über die gesamte Probenhöhe gescannt. Mit dem entwickelten Apparat wurden die Proben bis zu einem Spannungszustand über den in situ-Spannungen eindimensional konsolidiert und anschließend entlang desselben eindimensionalen Spannungspfads dräniert entlastet, bevor der dränierte Versuchsspannungspfad auf die Probe aufgebracht wurde. Mit diesem Versuchsprogramm war es möglich, das nicht-lineare, elasto-plastische Steifigkeitsverhalten im gesamten triaxialen Spannungsraum zu untersuchen. Die Auswertung ergab eine nicht-kongruente, elliptische Form der Fließfläche und der kinematischen Fläche, die aus dem Einfluss der Spannungsgeschichte resultiert, mit einem Größenverhältnis von ca. 6. Mit der Einführung einer modifizierten anisotropen Steifigkeitsmatrix wurde das Verhältnis von axialer zu radialer Steifigkeit mit 1,7 ermittelt. Die elastische Schersteifigkeit wurde mit Benderelementen gemessen. Die Evaluation der plastischen Dehnungsvektoren zeigte, dass eine assoziierte Fließregel sowohl das Dehnungsverhalten an der Fließfläche als auch an der Fläche der Spannungsgeschichte gut repräsentiert. Die Auswertung der radialen Probenverformung hob das unterschiedliche Verformungsverhalten der einzelnen Ton- und Siltschichten hervor. Die Überführung dieser Erkenntnisse in die geotechnische Bemessung der Gebrauchstauglichkeit wurde mit der Finite Element Methode erreicht. Der Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Versuchsresultaten zeigte, dass es für jedes Modell Spannungsbereiche gibt, in denen das Verformungsverhalten gut simuliert wird, aber kein Modell in der Lage ist, das Verformungsverhalten im gesamten Spannungsraum mit akzeptabler Genauigkeit zu simulieren. .