Mechanisches Verhalten eines teilgesättigten Tons

Kurzfassung Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist es, ein elasto-plastisches Stoffmodell für teilgesättigte bindige Böden zu entwickeln. Abweichend von den aus der Literatur bekannten Stoffmodellen für teilgesättigte Böden werden Änderungen von Zustandgrößen unmittelbar erfassbar sein. Der Einfluss der Zustandsgrößen Anfangsporenzahl, -sättigungsgrad, Temperatur, Konsolidierverhältnis sowie des Spannungsniveaus auf das mechanische Verhalten eines gängigen, ausgeprägt plastischen Tons wird untersucht. Zur Ermittlung der relevanten Stoffparameter wird eine Reihe aufwändiger Versuche in einem neu entwickelten Triaxialgerät durchgeführt. Dieses Triaxialgerät ist in der Lage, die für teilgesättigte Böden charakteristische Saugspannung während des Versuchs sowohl zu messen als auch zu regeln. Die in diesem Triaxialgerät durchgeführten Versuche dienen zur Ermittlung des deviatorischen Versagenszustandes des Bodens. Der Einfluss sämtlicher Zustandgrößen auf die Grenzfläche des Stoffmodells wird für den vorliegenden Kaolinit mittels eines Separationsansatzes in einem einzigen Parameter berücksichtigt. Die weiteren Parameter des Modells bleiben für alle Zustände konstant. Das Verhalten im elastischen Bereich ist durch Funktionen für Kompressions- und Schubmodul gesteuert, die von den Zustandsgrößen abhängen. Das volumetrische Verhalten erfasst eine Kappenfunktion, die an die deviatorische Grenzfläche anschließt. Das entwickelte Stoffmodell wird mittels der Schnittstelle UMAT in das FE-Programmsystem ABAQUS implementiert. Die Validierung des Modells erfolgt anhand der Simulation verschiedener Laborversuche. Abschließend wird eine geotechnische Problemstellung in Form einer Flachgründung untersucht und die maximal aufnehmbare Spannung bei Aufsättigung durch Beregnung des Bodens aufgezeigt.