Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Verhalten von Sand bei monotoner und niederzyklischer Belastung

Abstract

In der Arbeit werden Fragen zum Spannungs-Dehnungs-Verhalten von nichtbindigen Böden bei monotoner und niederzyklischer Belastung beantwortet. Mithilfe eines systematischen experimentellen Versuchsprogramms werden zunächst neue Erkenntnisse gewonnen. Dazu werden dränierte, kraftgesteuerte Triaxialversuche durchgeführt. Mit dem verwendeten Gerät können Radial- und Axialspannungen separat gesteuert werden. So ist es möglich, Spannungspfade in beliebige Richtungen von verschiedenen Spannungsausgangszuständen aufzubringen. Es werden Versuche mit monotoner und niederzyklischer Belastung durchgeführt. Bei den niederzyklischen Versuchen werden die plastischen und die quasi-elastischen Verformungsanteile separat untersucht. Alle Versuche werden numerisch mit ausgewählten Stoffmodellen und einem empirischen logarithmischen Ansatz nachgerechnet. Bei der Auswertung der numerischen Berechnungen fallen die unterschiedlichen Ergebnisse bzw. Leistungsfähigkeit der untersuchten Stoffmodelle auf. Mit einer Gegenüberstellung der experimentellen und numerischen Ergebnisse können – insbesondere durch die Auswertung mit Antwortellipsen – Unterschiede und Gemeinsamkeiten quanti- und qualitativ beschrieben und bewertet werden. Ein Stoffmodell, das alle Versuchsergebnisse gleichermaßen zutreffend beschreibt, kann nicht identifiziert werden. Vielmehr wird gezeigt, dass die untersuchten, zum Teil bekannten, zum Teil relativ neuen Stoffmodelle insbesondere bei der Verformungsprognose bei niederzyklischer Belastung Defizite aufweisen, da z.B. der experimentell beobachtete Verformungszuwachs nur mit einem empirischen (logarithmischen) Ansatz zutreffend beschrieben werden kann. Empfehlungen für die Anwendung sind aus verschiedenen Gründen nur eingeschränkt möglich. Vielmehr gibt die Arbeit Anlass zu Diskussionen, wie mit den Abweichungen und der unterschiedlichen Leistungsfähigkeit der untersuchten Modelle umgegangen werden kann und welche Schlussfolgerungen bei der Anwendung in Randwertproblemen gezogen werden können.