Traglaststeigerung von geotechnischen Konstruktionen durch Scherfugenverfestigung (TGTSV)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Grabe
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282413629

Das Forschungsprojekt ist auf die computergestützte Scherfugenverfestigung bzw. Computational Shear Zone Hardening (CSH) fokussiert, das heißt die numerische Simulation von geotechnischen Konstruktionen, bei denen Scherzonen verfestigt werden, um zum Beispiel die Tragfähigkeit von Fundamenten zu erhöhen oder den Erddruck auf Stützwände zu verringern. In der ersten Förderperiode konnte anhand experimenteller Untersuchungen gezeigt werden, dass die Verstärkung von Scherzonen durch Zementinjektion zu einer erheblichen Erhöhung der Tragfähigkeit führte. Entsprechende Computersimulationen basierend auf der CSH 1.0 und dem FEM Solver OptumG2 konnten validiert werden. In der zweiten Förderperiode wurde CSH 2.0 mit dem FEM Solver Abaqus implementiert. Damit können auch hochwertige Materialmodelle für den Boden wie das untersuchte hypoplastische Materialmodell im Rahmen der CSH 2.0 verwendet werden, das den stofflichen Übergang von natürlichem Boden zu verfestigtem Boden abbilden können. Es wurden verschiedene Verfestigungskriterien implementiert, um zu bestimmen, welche Materialpunkte des Bodens zu verfestigen sind. Durch die Kopplung des FEM Solvers Abaqus und der Software Matlab zur Steuerung von Abaqus wurde ein automatisierter Lösungsprozedur geschaffen. Es konnte gezeigt werden, dass die Verstärkung in den Scherzonen zu einer Erhöhung der Bruchlast bzw. der aufnehmbaren Last bei vergleichbarer Setzung führt. Die Ergebnisse konnten durch Vergleichsrechnungen in OptumG2 verifiziert werden. Aufbauend auf den Erkenntnissen der zweiten Förderperiode soll das verwendete hypoplastische Materialmodell in der dritten Förderperiode umfassend modifiziert werden, um die numerischen Modelle allgemeingültiger und robuster zu machen. Eine Kopplung zur Multicriterial Optimization with Evolutionary Algorithms (MOEA) wird realisiert, um mehrere Optimierungsziele in der Berechnung berücksichtigen zu können. Abschließend werden technische, ökonomische und ökologische Aspekte der Verstärkung von Scherzonen bewertet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen