Verhalten bindiger Böden unter hochzyklischer Belastung: Experimentelle Untersuchungen und konstitutive Beschreibung
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde das Verhalten bindiger Böden unter zyklischer Belastung experimentell untersucht. Am Institut für Bodenmechanik und Felsmechanik des Karlsruher Instituts f¨ür Technologie wurden undränierte monotone und zyklische Triaxialversuche an Kaolin-Proben durchgeführt. Zur Probenpräparation wurden zunächst größere Kaolin-Proben in einem Konsolidiergerät aus der Schlämme heraus vorkonsolidiert. Aus deren Mitte wurden anschließend die Proben für die Triaxialversuche herausgearbeitet. In den zyklischen Versuchen wurde die Spannungsamplitude, der mittlere Druck, das mittlere Spannungsverhältnis, die Dehnungsrate (Belastungsfrequenz) und der Vorbelastungsgrad variiert. Am Norwegian Geotechnical Institute (NGI) in Oslo wurden undränierte monotone und zyklische Triaxialversuche, Einfachscherversuche und Odometerversuche an qualitativ hochwertigen ungestörten Blockproben (Durchmesser 25 cm) von Onsøy-Ton durchgeführt. Aus den Blöcken wurden die Proben für die Elementversuche herausgearbeitet. In den zyklischen Triaxialversuchen wurden unterschiedliche Spannungsamplituden, Belastungsfrequenzen, mittlere Drücke, mittlere Spannungsverhältnisse und Probengeometrien (Höhe-zu-Durchmesser-Verhältnis 2 bzw. 1) getestet. Die Versuche bestätigten näherungsweise eine bereits für Sand experimentell beobachtete Fließregel, wonach die Akkumulation bei isotropen mittleren Spannungen nahezu rein volumetrisch ist (nur Porenwasserdruckakkumulation, keine bleibende axiale Dehnung), während die deviatorische Komponente der Akkumulationsrate mit zunehmendem Spannungsverhältnis steigt (Akkumulation des Porenwasserdruckes und der axialen Dehnung bei anisotropen mittleren Spannungen). Die Akkumulationsrate steigt mit zunehmender Spannungs- bzw. Dehnungsamplitude und mit abnehmender Belastungsfrequenz. Für ein bestimmtes Amplitudenverhältnis q ampl /su bzw. q ampl /p0 nimmt die Zyklenanzahl bis zum Erreichen eines Versagens (definiert als Erreichen einer Dehnungsamplitude von 10 % oder einer bleibenden Dehnung von 10 %) mit steigendem Spannungsverhältnis und mit abnehmendem mittleren Anfangsdruck leicht zu. Es konnte kein wesentlicher Einfluss der Probengeometrie festgestellt werden. Die konstitutive Beschreibung der Versuchsergebnisse erfolgt im Rahmen der kürzlich von Niemunis et al. veröffentlichten anisotropen Visko-Hypoplastizität.
