Experimentelle und theoretische Untersuchungen teilgesättigter granularer Reibungsmaterialien

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Die Untersuchung teilgesättigter Böden mit den Methoden der modernen Bodenmechanik geht auf die fundamentalen Arbeiten von (Bishop 1959, Aitchison 1961) zurück. In den 90er Jahren rückte die Problematik des Einflusses der Teilsättigung auf die mechanischen Eigenschaften von Böden verstärkt auch in das Interesse der geotechnischen Praxis (Houston & Wray 1993, Wray & Houston 1995, Houston k Fredlund 1997). Gründe dafür sind u. a. die vermehrten Probleme bei Anwendungen im Bereich der Umweltgeotechnik, der untertägigen Deponierung von gefährlichen Abfällen und der Standsicherheit von Böschungen. Für die Behandlung derartiger Fragen im Fall von gesättigten bzw. trockenen Böden stehen der Bodenmechanik bewährte Werkzeuge zur Verfügung. Diese Konzepte sind, im Sinne der Berücksichtigung der Teilsättigung, entsprechend weiter zu entwickeln. Theoretische Grundlage der im Folgenden beschriebenen Untersuchungen ist die Standardformulierung der Plastizitätstheorie, wie sie in der Bodenmechanik üblich ist. Dabei werden die Auswirkungen der Teilsättigung von Böden, im Gegensatz z. B. zur Verwendung der Theorie poröser Medien (TPM), phänomenologisch behandelt. Die Arbeit dieses Teilprojekts umfasst sowohl experimentelle als auch theoretische Inhalte. Ziel der experimentellen Untersuchungen ist die Bereitstellung von Ergebnissen als Grundlage für die (Weiter-) Entwicklung von Stoffgesetzen und Berechnungsansätzen. Dies gilt sowohl für die eigenen Arbeiten als auch für die Arbeiten der anderen Teilprojekte auf Grundlage der TPM. Ausgangspunkt für die Arbeiten in diesem Teilprojekt sind eigenentwickelte Stoffmodelle für trockene granulare Reibungsmaterialien. Durch die experimentellen Untersuchungen sollen die Modellparameter zweier unterschiedlicher Böden zuverlässig bestimmt und Spannungs-Verformungs-Beziehungen als Ausgangspunkt für numerische Simulationen zur Verfügung gestellt werden. Anwendbarkeitgrenzen der Modelle im Bereich des residualen und okkulten Wassergehalts (Pietruszczak & Pande 1995, Tarantino & Mongiovi 2000), d. h. der Übergangsbereiche für sehr hohe bzw. sehr niedrige Werte der Sättigung, sind zu überprüfen. Daneben sollen die in den Modellen der Theorie der Porösen Medien (siehe Teilprojekte Ehlers/Diebels und Perau/Richwien) auftretenden Interaktionsterme, d. h. die Beschreibung der Wechselwirkungen der verschiedenen Phasen untereinander, quantifiziert und falls notwendig ergänzt werden. Ein weiteres wesentliches Ziel ist es, die Ergebnisse der Ansätze dieses Teilprojekts mit denen auf Grundlage der TPM zu vergleichen, und die Möglichkeiten bzw. Anwendungsgrenzen der beiden unterschiedlichen Vorgehensweisen aufzuzeigen.