Viskoses ISA Modell für bindige Böden bei zyklischer und monotoner Belastung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Theodoros Triantafyllidis
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324517837

Das Spannungs-Verformungsverhalten weicher bindiger Böden wird durch die Viskosität entscheidend beeinflusst. Die Viskosität verursacht das zeitabhängige Materialverhalten bindiger Böden: die Abhängigkeit von der Belastungsgeschwindigkeit, die zeitabhängigen Verformungen (Kriechen bei konstanter Spannung) und die zeitabhängigen Spannungsänderungen (Relaxation bei konstanter Dehnung). Die Überlagerung dieser Effekte mit der zyklischen Belastung ist von hoher praktischer Relevanz, wie es an z.B. kriechenden Böschungen, Eisenbahndämmen oder Offshore-Gründungen, gezeigt werden kann.Übliche Stoffgesetze berücksichtigen in der Regel nur den Einfluss einer viskosen Dehnungsrate beim gleichzeitigen Löschen der rein plastischen (der hypoplastischen) Dehnungsrate. Diese Vorgehensweise führt zu entscheidenden Nachteilen bei der Simulation sowohl der Peakscherspannung (Überschätzung des Peaks) bei unterschiedlichen Überkonsolidierungsverhältnissen als auch der plastischen Akkumulationsrate (keine plastische Akkumulation bei einer Entfernung weg von der Vorbelastungsfläche) und falsche Vorhersage der Akkumulation des Porenwasserdruckes. Diese grundlegenden Nachteile bestehender viskoser Stoffmodelle zeigen den Bedarf an einem viskosen Stoffgesetz, welches aus drei Dehnungsratenanteilen besteht und nicht elastoplastisch ist. Dabei soll das Verhalten bindiger Böden sowohl bei monotoner als auch zyklischer Belastung mit unterschiedlichen Amplituden zufriedenstellend beschrieben werden.Ziel dieses Projektes ist es, ein bereits vorliegendes, neues hypoplastisches Stoffgesetz derart zu erweitern, dass Effekte der Viskosität abgebildet - und die Nachteile bestehender Stoffgesetze sowohl für monotone als auch für zyklische Belastung behoben werden. Für die Erfassung der Viskosität soll eine zusätzliche Dehnungsrate in das Modell eingebaut werden (ohne Löschen der hypoplastischen Dehnungsrate), mit derer Hilfe sich das Material zeitabhängig verhält. Darüber hinaus wird die Zyklenanzahl, die der Boden erfahren hat mit der Einführung einer zusätzlichen Zustandsvariable abgebildet. Das erweiterte Modell soll anhand von Laborversuchen an Tonproben kalibriert werden, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten abgeschert werden und demzufolge eine Geschwindigkeitsabhängigkeit des Materialverhaltens aufweisen .

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen