DE102020133929B3 - Method for the laboratory determination of the earth pressure behavior at rest of an earth-moist, non-cohesive loose rock under load, taking into account the overconsolidation number - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur laborativen Bestimmung des Erdruhedruckverhaltens eines erdfeuchten Lockergesteins bei Belastung, unter Berücksichtigung der Überkonsolidierungszahl, bei dem im statischen Triaxialgerät oder im eindimensionalen Kompressionsgerät mit Seitendruckmessung, Konsolidierungsversuche an aus dem Lockergestein hergestellten Lockergesteinsproben durchgeführt werden.The invention relates to a method for the laboratory determination of the earth pressure behavior at rest of an earth-moist loose rock under load, taking into account the overconsolidation number, in which consolidation tests are carried out on loose rock samples produced from the loose rock in the static triaxial device or in the one-dimensional compression device with lateral pressure measurement.
Description
Anwendungsgebiet der Erfindung ist in der Bodenphysik die laborative Messung des vom Porenanteil n, der vertikalen Hauptspannung σ1 und des von der Überkonsolidierungszahl OCR abhängigen Erdruhedruckverhaltens erdfeuchter, nichtbindiger Lockergesteine. Als erdfeucht sind hier Lockergesteine definiert, in denen das enthaltene Wasser kohäsiver Wirkungen entfalten kann. Als fast vollständig gesättigt werden hier Lockergesteine verstanden, in denen die noch vorhandenen Gasanteile keine Verbindung mehr zur Atmosphäre besitzen. Für vollständig oder fast vollständig wassergesättigte Lockergesteine ist dieses Verfahren nicht anwendbar.The field of application of the invention is in soil physics, the laboratory measurement of the pore fraction n, the vertical principal stress σ 1 and the overconsolidation number OCR-dependent resting earth pressure behavior of earth-moist, non-cohesive loose rock. Soft rock is defined as earth-moist here, in which the water contained can develop cohesive effects. Loose rock is understood to be almost completely saturated here, in which the gas fractions that are still present are no longer connected to the atmosphere. This method cannot be used for loose rock that is completely or almost completely saturated with water.
Der Erdruhedruckbeiwert K0 eines Lockergesteins ist das Verhältnis der kleinsten Hauptspannung σ3 zur größten Hauptspannung σ1 (Gleichung (1)),
Die Messung des Erdruhedruckbeiwertes K0 nach diesem Verfahren und die Versuchsapparatur sind Stand der Technik.The measurement of the earth pressure coefficient K 0 at rest using this method and the test apparatus are state of the art.
Als Versuchsapparatur zur Messung des Erdruhedruckbeiwertes wird das statische Triaxialgerät verwendet, wobei das Verfahren nur für die Messung des Erdruhedruckbeiwertes bei Belastung, nicht aber bei Entlastung angewendet werden kann.The static triaxial device is used as a test apparatus for measuring the earth pressure coefficient at rest, whereby the method can only be used to measure the earth pressure coefficient under load, but not when unloaded.
Alternativ kann zur Durchführung des Verfahrens auch ein eindimensionales Kompressionsgerät mit hinreichend genauer Seitendruckmessung genutzt werden.Alternatively, a one-dimensional compression device with a sufficiently precise lateral pressure measurement can also be used to carry out the method.
Im Triaxialversuch wird an der zu untersuchenden Bodenprobe die größte Hauptspannung σ1 erhöht und gleichzeitig eine seitliche Dehnung der Probe durch Steuerung kleinsten Hauptspannung σ3 verhindert.In the triaxial test, the largest principal stress σ 1 on the soil sample to be examined is increased and, at the same time, lateral expansion of the sample is prevented by controlling the smallest principal stress σ 3 .
Mit diesem Verfahren und der Versuchsapparatur kann die Abhängigkeit des Erdruhedruckbeiwertes K0 von der größten Hauptspannung σ1 für jeweils einen Einbauzustand der Probe, der durch den Anfangsporenanteil n0 bei einer größten Hauptspannung σ1 ~ 0 gekennzeichnet ist, gemessen werden.With this method and the test apparatus, the dependency of the earth pressure coefficient K 0 at rest on the greatest principal stress σ 1 can be measured for each installation state of the sample, which is characterized by the initial porosity n 0 at a greatest principal stress σ 1 ~ 0.
Unter dem Porenanteil n1 wird gemäß dieser Erfindung der Porenanteil des erdfeuchten Lockergesteins, der sich somit von dem Anfangsporenanteil n0 im (nahezu) spannungsfreien Zustand und von dem Porenanteil n2 eines fast wassergesättigten, nichtbindigen oder eines vollständig wassergesättigten, nichtbindigen Lockergesteins unterscheidet.According to this invention, the pore fraction n 1 is the pore fraction of the earth-moist loose rock, which thus differs from the initial pore fraction n 0 in the (almost) stress-free state and from the pore fraction n 2 of an almost water-saturated, non-cohesive or a completely water-saturated, non-cohesive loose rock.
In der Druckschrift
Aus den vorbereitenden Konsolidierungsphasen der Sackungsversuche sind die Koeffizienten einer Gleichung (vergleiche dort Gleichung (17)) des Erdruhedruckbeiwertes für das erdfeuchte Lockergestein bestimmbar.From the preparatory consolidation phases of the subsidence tests, the coefficients of an equation (compare equation (17) there) of the earth pressure coefficient at rest for the earth-moist loose rock can be determined.
Mit anderen Worten, in der Druckschrift
Bei dem in der Druckschrift
Eine weitere Erläuterung zum vorhandenen Wissenstand erfolgt, anhand der nachfolgenden
- Es zeigt
1 ein K0/σ1-Diagramm mit Einzelversuchen zur Verdeutlichung der Abhängigkeiten zwischen dem Erdruhedruckbeiwert K0 und der vertikalen Hauptspannung σ1 - Es zeigt
2 ein K0/n-Diagramm mit den Einzelversuchen zur Verdeutlichung der Abhängigkeiten zwischen dem Erdruhedruckbeiwert K0 und dem Porenanteil n1.
- It shows
1 a K 0 /σ 1 diagram with individual tests to illustrate the dependencies between the earth pressure coefficient at rest K 0 and the vertical principal stress σ 1 - It shows
2 a K 0 /n diagram with the individual tests to illustrate the dependencies between the earth pressure coefficient K 0 and the porosity n 1 .
Die Überkonsolidierungszahl OCR (σ1 = σ1max) in den
Die Überkonsolidierungszahl OCR (σ1 < σ1max) in den
Zu den Einzelversuchen III und IV wurden korrespondierende Versuche, bei denen eine Überkonsolidierung vorliegt, durchgeführt, jedoch sind sie in den
Aus den Erläuterungen wird deutlich, dass bei der Vorgehensweise nach dem Stand der Technik für jeden Anfangsporenanteil n0 und für jede Überkonsolidierungszahl OCR in nachteiliger Weise ein eigener Triaxialversuch gefahren werden muss, um die entsprechenden Erdruhedruckbeiwerte K0 unter Berücksichtigung der jeweiligen Überkonsolidierungszahl OCR = 1 oder OCR > 1 zum messen.From the explanations it becomes clear that with the procedure according to the prior art, a separate triaxial test has to be carried out disadvantageously for each initial pore fraction n 0 and for each overconsolidation number OCR in order to determine the corresponding earth pressure coefficients K 0 at rest, taking into account the respective overconsolidation number OCR = 1 or OCR > 1 to measure.
Zum Stand der Technik gehört neben dem bereits erläuterten Verfahren zur Bestimmung des Erdruhedruckbeiwertes K0 gemäß der Druckschrift
Ausgehend vom diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zu schaffen, mittels dem laborativ unter Durchführung weniger Triaxialversuche - als bisher - in einem großen Bereich der gemessenen vertikalen Hauptspannung σ1 das Erdruhedruckverhalten eines erdfeuchten, nichtbindigen Lockergesteins bei Belastung, insbesondere unter Vermeidung der o.g. Nachteile ermittelt werden kann.Based on this state of the art, the object of the invention is to create a method by means of which the earth pressure behavior at rest of an earth-moist, non- cohesive loose rock under load, in particular can be determined while avoiding the above disadvantages.
Der Geltungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens beschränkt sich auf Spannungsbereiche, in denen Kornzertrümmerungen noch nicht auftreten, sowie auf feuchte Lockergesteine.The scope of the method according to the invention is limited to stress areas in which grain fragmentation does not yet occur and to moist loose rock.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur laborativen Bestimmung des Erdruhedruckverhaltens eines erdfeuchten, nichtbindigen Lockergesteins bei Belastung, bei dem im statischen Triaxialgerät oder im eindimensionalen Kompressionsgerät mit Seitendruckmessung Konsolidierungsversuche durchgeführt werden.The starting point of the invention is a method for the laboratory determination of the earth pressure behavior at rest of an earth-moist, non-cohesive loose rock under load, in which consolidation tests are carried out in the static triaxial device or in the one-dimensional compression device with lateral pressure measurement.
Erfindungsgemäß sind folgenden Schritte vorgesehen:
- a) Durchführen der Konsolidierungsversuche und Erfassen von Parameter-Daten bei behinderter Seitendehnung bei verschiedenen, den Erdruhedruckbeiwert beeinflussenden Parametern, dazu zählen, der Porenanteil, die größte Hauptspannung und die Überkonsolidierungszahl.
- b) Bestimmen der Koeffizienten des spannungsabhängigen Grenzlagerungszustands aus den Parameter-Daten der Konsolidierungsversuche.
- c) Bilden von gemessenen Wertetripel und Transformieren der gemessenen Wertetripel in transformierte Wertequadrupel durch Transformation der unabhängigen Überkonsolidierungszahl in die Überkonsolidierungszahl, bei welcher der Porenanteil gleich dem Grenzporenanteil ist.
- d) Berechnen materialspezifischen Koeffizienten des Erdruhedruckbeiwertes unter Verwendung der transformierten Wertequadrupel, welche die Abhängigkeit des Erdruhedruckbeiwertes von der größten Hauptspannung, dem Porenanteil und der transformierten Überkonsolidierungszahl repräsentieren.
- a) Carrying out the consolidation tests and recording parameter data in the case of restrained lateral strain for various parameters influencing the earth pressure coefficient at rest, including the porosity, the greatest principal stress and the overconsolidation number.
- b) Determination of the coefficients of the stress-dependent boundary support state from the parameter data of the consolidation tests.
- c) forming measured value triplets and transforming the measured value triplets into transformed value quadruples by transforming the independent overconsolidation number into the overconsolidation number, in which the void fraction is equal to the limit void fraction.
- d) Calculation of material-specific coefficients of the earth pressure coefficient at rest using the transformed quadruples of values, which represent the dependence of the earth pressure coefficient at rest on the greatest principal stress, the proportion of pores and the transformed overconsolidation number.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen formuliert.Preferred refinements of the method are formulated in the dependent claims.
Im Folgenden wird die Erfindung näher erläutert werden, indem der bei der Verfahrensentwicklung begangene Weg beschrieben wird.In the following, the invention will be explained in more detail by describing the path taken in developing the method.
Wie aus den bereits beschriebenen
In bekannter Weise ist die Messung des Erdruhedruckbeiwertes K0 nur bei steigender größter Hauptspannung σ1 möglich. Der Spannungsanstieg verursacht in bekannter Weise eine Verringerung des Porenanteils n1.In a known manner, the measurement of the earth pressure coefficient K 0 at rest is only possible with an increasing maximum principal stress σ 1 . In a known manner, the increase in stress causes a reduction in the porosity n 1 .
Die Größe dieser Verringerung des Porenanteils n1 ist wiederum von der vertikalen Hauptspannung σ1 abhängig.The extent of this reduction in the porosity n 1 is in turn dependent on the vertical principal stress σ 1 .
Dabei bleibt die Überkonsolidierungszahl OCR (σ1 = σ1max) nur für OCR = 1 (vergleiche die durchgezogenen Kurvenstücke I, II, III, IV in den
Die Überkonsolidierungszahl OCR (σ1 < σ1max) für OCR > 1 (vergleiche die gestrichelten Kurvenstücke I', II' in den
Anhand dieser Erläuterungen wird deutlich, dass es nicht möglich ist, nur eine der unabhängigen Größen, die größte Hauptspannung σ1, den Porenanteil n1 und die Überkonsolidierungszahl OCR konstant zu halten und in Abhängigkeit der konstant gehaltenen Größe, die Einflüsse auf die jeweils verbleibenden davon abhängigen Größen im Versuch einzeln zu untersuchen.Based on these explanations, it becomes clear that it is not possible to keep only one of the independent variables constant, namely the largest principal stress σ 1 , the porosity n 1 and the overconsolidation number OCR, and depending on the variable that is kept constant, the influences on the remaining ones to examine the dependent variables individually in the experiment.
Vergleicht man beispielsweise in den
Auf Grund unterschiedlicher materialbeschreibender Parameter, wie z.B. Korngrößenverteilung, Korndichte, Rundung, Oberflächentextur kann ein definierter Porenanteil n bei einer definierten größten Hauptspannung σ1 für ein Lockergestein eine eher lockere Lagerung bedeuten, die z.B. durch ein geringes Steifemodul und eine geringe Festigkeit gekennzeichnet ist. Mit anderen Worten, für ein anderes Lockergestein mit anderen materialbeschreibender Parametern, kann der gleiche Porenanteil n1, bei der gleichen größten Hauptspannung σ1 eine eher dichte Lagerung bedeuten, die durch ein anderen höheren Steifemodul und eine andere höhere Festigkeit gekennzeichnet ist.Due to different material-defining parameters, such as grain size distribution, grain density, rounding, surface texture, a defined porosity n with a defined maximum principal stress σ 1 can mean a rather loose bed for loose rock, which is characterized, for example, by a low stiffness modulus and low strength. In other words, for a different loose rock with different material-defining parameters, the same porosity n 1 with the same maximum principal stress σ 1 can mean a rather dense bed characterized by a different higher constrained modulus and a different higher strength.
Deshalb wird zunächst eine lockergesteinstypische Bezugsgröße für den Porenanteil und die Spannung benötigt. Die Messung einer solchen Größe ist - wie bereits erläutert - aus der Druckschrift in
Erfindungsgemäß lässt sich somit unter Verwendung dieser spannungsabhängigen lockersten Lagerung (Gleichung (3)) eine auf σ1gr bezogene Überkonsolidierungszahl OCRgr (Gleichung (4)) definieren.
Die auf σ1gr bezogene Überkonsolidierungszahl OCRgr schafft in vorteilhafter Weise einen spannungsabhängigen Bezug des Porenanteils n1 zu ngr (siehe Gleichungen (5.1 und 5.2)), wie folgt:The over-consolidation number OCR gr related to σ1 gr advantageously creates a stress-dependent relationship between the proportion of pores n 1 and ngr (see equations (5.1 and 5.2)), as follows:
Durch mathematische Umstellung der Gleichung (3) nach σ1 ergibt sich die Gleichung (5.1).
Ersetzt man in Gleichung (5.1) den Porenanteil ngr durch den Porenanteil n1 erhält man Gleichung (5.2). Die Gleichung (5.2) entspricht den Schritten iii und v, der in
Damit wird die allgemeine funktionale Abhängigkeit des bisher üblichen Erdruhedruckbeiwertes K0 = f ( σ1, n1, OCR) in vorteilhafter Weise in eine erfindungsgemäße allgemeine Abhängigkeit der Form K0 = f ( σ1, n1, OCRgr) überführt.The general functional dependency of the hitherto customary earth pressure coefficient K 0 =f(σ 1 ,n 1 ,OCR) is thus advantageously converted into a general dependency according to the invention of the form K 0 =f(σ 1 ,n 1 ,OCR gr ).
Es zeigt
- • dem Porenanteil n1 und der vertikalen Hauptspannung σ1, sowie
- • dem Porenanteil ngr0 und der Spannung σ1gr, bei der die vertikale Hauptspannung σ1, für die n1 = ngr ist,
bei lockerster Lagerung des erdfeuchten Lockergestein beziehungsweise der Lockergesteinsproben.It shows
- • the porosity n 1 and the vertical principal stress σ 1 , and
- • the porosity n gr0 and the stress σ 1gr , at which the vertical principal stress σ 1 , for which n 1 = ngr ,
in the case of very loose storage of the earth-moist loose rock or the loose rock samples.
Es wird gemäß
In
Lagerungszustände des Lockergesteins sind nur auf oder unterhalb dieser Kennlinie Kngr möglich.Bedding states of the loose rock are only possible on or below this curve Kn gr .
Es erfolgt erfindungsgemäß, eine Transformation der im Feld schwer ermittelbaren unabhängigen Überkonsolidierungszahl OCR in die von anderen Parametern abhängige Überkonsolidierungszahl OCRgr, wie nachfolgend erläutert wird.
- i. Es wird im Ausführungsbeispiel von dem Ausgangspunkt AP bei der Überkonsolidierungszahl OCR = 1, σ1 ausgegangen.
- ii. Anschließend wird mit der Gleichung (5.2) die Spannung σ1 gr bei OCR = 1 ermittelt, sodass der Punkt ngr von AP auf den Kennlinie Kngr grafisch oder durch die Gleichung (5.2) gefunden wird.
- iii. Anschließend wird mittels der Gleichung (4) der Wert OCRgr für den Ausgangspunkt AP ermittelt, der stets >
größer 1 ist. - iv. Danach wird das erdfeuchte, nichtbindige Lockergestein im Ausführungsbeispiel um 50% des Spannungswertes von σ1 entlastet. Durch diese Entlastung erhöht sich der Porenanteil n1 um einen geringen Betrag, wie in
3 durch den Pfeil, zwischen AP und EP verdeutlicht ist. - v. Analog zu dem Ausgangspunkt AP wird jetzt für den Entlastungspunkt EP mit der Gleichung (5.2) die Spannungσ1gr bei OCR = 2 ermittelt, sodass der Punkt ngr von EP auf den Kennlinie Kngr grafisch oder durch die Gleichung (5.2) gefunden wird.
- vi. Anschließend wird mittels der Gleichung (4) der Wert OCRgr für den Entlastungspunkt EP ermittelt, der ebenfalls stets größer > 1 ist, und der im Vergleich zu dem OCRgr des Ausgangspunktes AP (von ii) grösser ist, als der Wert OCRgr des Ausgangspunktes AP. Durch diese Vorgehensweise ist sichergestellt, dass sich die ermittelten Werte für OCRgr bei Entlastung in die gleiche Richtung entwickeln, wie die Ausgangswerte von OCR in Entlastung.
- i. In the exemplary embodiment, it is assumed that the starting point AP is the overconsolidation number OCR= 1 , σ1.
- ii. The stress σ 1 gr at OCR = 1 is then determined using equation (5.2), so that the point ngr of AP on the characteristic curve Kn gr is found graphically or using equation (5.2).
- iii. The value OCR gr for the starting point AP, which is always >greater than 1, is then determined using equation (4).
- IV. Then the earth-moist, non-cohesive loose rock is relieved by 50% of the stress value of σ 1 in the exemplary embodiment. This relief increases the porosity n 1 by a small amount, as shown in
3 by the arrow between AP and EP. - v. Analogously to the starting point AP, the stress σ 1gr at OCR = 2 is now determined for the relief point EP using equation (5.2), so that the point ngr of EP on the characteristic curve Kn gr is found graphically or using equation (5.2).
- vi. Equation (4) is then used to determine the OCR gr value for the relief point EP, which is also always greater than 1 and which, compared to the OCR gr of the starting point AP (of ii), is greater than the OCR gr des value starting point AP. This procedure ensures that the determined values for OCR gr with relief develop in the same direction as the initial values of OCR with relief.
Damit können die Werte OCR durch die Werte OCRgr ersetzt, das heißt transformiert werden. Somit besteht die Möglichkeit die unabhängige Größe OCR schrittweise durch die jetzt vom Porenanteil n1 und der Spannung σ1 abhängige Größe OCRgr in vorteilhafter Weise qualitativ durch das Transformieren gleichwertig zu ersetzen, wie zuvor erläutert wurde.This means that the OCR values can be replaced by the OCR gr values, ie they can be transformed. There is thus the possibility of replacing the independent variable OCR step by step with the variable OCR gr , which is now dependent on the porosity n 1 and the stress σ 1 , in an advantageous qualitative manner using the transformation, as explained above.
Mittels dieser veränderten allgemeinen Abhängigkeit der jetzt von anderen Parametern abhängigen Größe OCRgr durch die zuvor beschriebene Transformation von OCR zu OCRgr, lässt sich in vorteilhafter Weise eine konkrete, vorteilhafte Form der Beschreibung des erfindungsgemäßen Erdruhedruckverhaltens eines erdfeuchten, nichtbindigen Lockergesteins bei Belastung, der nur noch von den Parametern Porenanteil n1 und der Spannung σ1 und nicht mehr von der Überkonsolidierungszahl OCR abhängig ist, finden, wie in (Gleichung (6)) niedergelegt ist.
Durch diese Gleichung (6) in Zusammenhang mit den Gleichungen (1) bis (5.1, 5.2) und der zugehörigen Beschreibung ist das erfindungsgemäße Verfahren niedergelegt, mit dem das Erdruhedruckverhalten eines erdfeuchten, nichtbindigen Lockergesteins bei Belastung laborativ bestimmt werden kann.This equation (6) in conjunction with equations (1) to (5.1, 5.2) and the associated description lay down the method according to the invention, with which the at-rest earth pressure behavior of an earth-moist, non-cohesive loose rock under load can be determined in a laboratory.
Zurückkommend auf die
Eine ausreichende geringe Anzahl - weniger als bisher im Stand der Technik - von gemessenen Datensätzen (Ko, σ1, n1) gestattet es jetzt, bei Kenntnis der Koeffizienten von Gleichung (3), auch die Koeffizienten von Gleichung (6) zu berechnen.A sufficiently small number—less than previously in the prior art—of measured data sets (Ko, σ 1 , n 1 ) now allows the coefficients of equation (6) to also be calculated if the coefficients of equation (3) are known.
Somit ist es bei zusätzlicher Messung, das heißt einer Bestimmung des sogenannten Porenanteils ngr0, dem Porenanteil bei lockerster Lagerung des erdfeuchten, nichtbindigen Lockergesteins möglich, die Koeffizienten Egr und cegr von Gleichung (3) zu berechnen.
An folgendem Ausführungsbeispiel soll das Verfahren noch detaillierter erläutert werden:
- An einem mit
0,1 verkippten schwach schluffigen Sand, somit eines erdfeuchten, nichtbindigen Lockergesteins, soll das Erdruhedruckverhalten, insbesondere der Erdruhedruckbeiwert K0 nach dem erfindungsgemäß Verfahren bestimmt werden.einem Wassergehalt von
- The at-rest earth pressure behavior, in particular the at-rest earth pressure coefficient K 0 , is to be determined using the method according to the invention on slightly silty sand that has been tilted with a water content of 0.1, i.e. an earth-moist, non-cohesive loose rock.
Zur Klassifizierung dieses Sandes wurden für die Grobeinschätzung der Eigenschaften dieses Sandes durch den Fachmann folgende materialbeschreibende Kennzahlen bestimmt, von denen nur die Korndichte als Hilfsgröße für die Berechnung des Porenanteils n, insbesondere n1 und des Anfangsporenanteils n0 verfahrensnotwendig ist:
Schritt a)step a)
Durchführen von Konsolidierungsversuchen bei behinderter Seitendehnung:
- Es zeigt
4 ein K0/σ1-Diagramm mit den Messwertepaaren Ko, σ1 der Versuche A, B, C, D. Es zeigt 5 ein K0/n1-Diagramm mit den in den Versuchen A, B, C, D gemessenen Messwertetripel Ko, σ1, n1.
- It shows
4 a K 0 /σ 1 diagram with the measured value pairs Ko, σ 1 of experiments A, B, C, D. - It shows
5 a K 0 /n 1 diagram with the measured value triplets Ko, σ 1 , n 1 measured in experiments A, B, C, D.
Mit diesem Sand werden beispielsweise vier Triaxialversuche mit unterschiedlichen Einbauporenanteilen n0 durchgeführt, die bei behinderter Seitendehnung wie folgt belastet wurden:
Ergebnis dieser Konsolidierungsversuche A bis D sind bei einer Überkonsolidierungszahl OCR = 1, die als Wertetripel [K0, n1, σ1] vorliegenden Parameter-Daten.The result of these consolidation attempts A to D are, with an overconsolidation number OCR=1, the parameter data present as value triples [K 0 , n 1 , σ 1 ].
Schritt b)step b)
Anwenden des Verfahrens gemäß der Druckschrift
Es werden die Koeffizienten des spannungsabhängigen Grenzlagerungszustands gemäß Gleichung (3) bestimmt, wobei dazu die Konsolidierungsversuche A, B, C, D gemäß Schritt a) genutzt werden.
Dadurch stehen die Koeffizienten ngr0, Egr, cegr des spannungsabhängigen Grenzlagerungszustands gemäß Gleichung (3) zur Verfügung, die sich im Ausführungsbeispiel wie folgt ergeben:
Schritt c)step c)
Transformieren:Transform:
Transformieren der gemessenen Wertetripel [K0, σ1, n1] in Wertequadrupel [K0, σ1, n1, OCRgr] gemäß der Transformation der unabhängigen Überkonsolidierungszahl OCR in die von σ1 und n1 abhängige Überkonsolidierungszahl OCRgr, wie zuvor in den Transformations-Schritten (vergleiche
Schritt d)step d)
Berechnen der materialspezifischen Koeffizienten unter Verwendung der Gleichung (6):
- Aus diesen transformierten Wertequadrupel [K0, σ1, n1, OCRgr] werden die Koeffizienten K0f, KOCR, Kwf, Kw0, σKw von Gleichung (6) als - Schätzwerte - wie folgt berechnet:
- From these transformed quadruples of values [K 0 , σ 1 , n 1 , OCR gr ], the coefficients K 0f , K OCR , K wf , K w0 , σ Kw of equation (6) are calculated as - estimated values - as follows:
Der Korrelationskoeffizient nach Pearson zwischen den gemessenen K0-Werten und den mittels Gleichung (6) geschätzten K0-Werten beträgt 0,967, sodass die Standardabweichung nur 0,004 beträgt.The Pearson correlation coefficient between the measured K 0 values and the K 0 values estimated using equation (6) is 0.967, so the standard deviation is only 0.004.
Die mittels Gleichung (6) berechneten - Schätzwerte - gemäß der Standardabweichung sind in den
Als Verfahrensergebnis zeigt
Es zeigt
Die sich aus den jeweiligen Anfangsporenteilen n0 und der Spannung σ1 ergebenden Porenanteile n1 können aus den in
Es zeigt
Die sich aus den Porenanteilen n1 und der Spannung σ1 ergebenden Überkonsolidierungszahlen OCRgr können aus den in
In vorteilhafter Weise, kann es bei dem erläuterten Verfahren nicht mehr zu physikalischen unmöglichen Werten des Erdruhedruckbeiwertes K0 kommen.Advantageously, with the method explained, physically impossible values of the earth pressure coefficient K 0 at rest can no longer occur.
Zudem ist es durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise - anders als bei der Vorgehensweise nach dem Stand der Technik - in vorteilhafter Weise für jeden Anfangsporenanteil n0 und für jede Überkonsolidierungszahl OCR möglich, ohne dass für jede diese Anfangsporenanteile n0 jeweils ein eigener Triaxialversuch gefahren werden muss, um die entsprechenden Erdruhedruckbeiwerte K0 ermitteln zu können.In addition, the procedure according to the invention - in contrast to the procedure according to the prior art - advantageously makes it possible for each initial porosity n 0 and for each overconsolidation number OCR, without having to carry out a separate triaxial test for each of these initial porosity n 0 in order to be able to determine the corresponding earth pressure coefficients K 0 at rest.
Wir anhand der Kennlinien KA, KB, KC, KD, KE in den
Die Ergebnisse lassen sich somit auf gesuchte in situ-Verhältnisse übertragen, ohne dass stets erneut Triaxialversuche gefahren werden müssen.The results can thus be transferred to the in situ conditions sought without having to carry out repeated triaxial tests.
Insbesondere in Kippen sind zustandsbeschreibende das Erdruhedruckverhalten beeinflussende Kennzahlen, insbesondere der Porenanteil n1 lokalen Schwankungen unterworfen.In dumps in particular, parameters that describe the state of the earth pressure behavior at rest, in particular the porosity n 1 , are subject to local fluctuations.
Zudem ändert sich der durch die größte Hauptspannung σ1 und der durch die Überkonsolidierungszahl OCR beschreibbare Spannungszustand und damit dessen Einfluss auf das Erdruhedruckverhalten in Abhängigkeit von der Kippengeschichte und Kippengeometrie.In addition, the state of stress that can be described by the largest principal stress σ 1 and the overconsolidation number OCR changes, and thus its influence on the earth pressure behavior at rest, depending on the history and geometry of the tip.
Diese Änderungen werden bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise berücksichtigt.These changes are taken into account in the procedure according to the invention.
Bei erdfeuchten Lockergesteinen können bei Kenntnis des Porenanteils n1 und der größten Hauptspannung σ1 die Überkonsolidierungszahlen OCRgr sowie die Erdruhedruckbeiwerte K0 für eine bestimmten Kippe ermittelt werden, ohne dass in vorteilhafter Weise weitere Triaxialversuche gefahren werden müssen.In the case of earth-moist loose rock, if the proportion of pores n 1 and the greatest principal stress σ 1 are known, the overconsolidation factors OCR gr and the earth pressure coefficients K 0 at rest can be determined for a specific tip without having to carry out further triaxial tests, which is advantageous.
Zusammenstellung der verwendeten Gleichungen:
BezugszeichenlisteReference List
- K0K0
- Erdruhedruckbeiwertearth pressure coefficient
- σ1σ1
- in situ größte Hauptspannung, im Triaxialversuch vertikale Hauptspannungin situ greatest principal stress, in the triaxial test vertical principal stress
- σ3σ3
- in situ kleinste Hauptspannung, im Triaxialversuch horizontale Hauptspannungin situ smallest principal stress, in the triaxial test horizontal principal stress
- nn
- Porenanteilporosity
- n0n0
- Anfangsporenanteil im (nahezu) spannungsfreien ZustandInitial porosity in (almost) stress-free condition
- n1n1
- Porenanteil des erdfeuchten LockergesteinsPercentage of pores in the earth-moist loose rock
- OCROCR
- Überkonsolidierungszahloverconsolidation number
- σ1 maxσ1 max
- Größtwert von σ1, dem das Lockergestein jemals ausgesetzt warMaximum value of σ 1 that the unconsolidated rock has ever been exposed to
- σ1grσ1gr
- Spannung σ1, für die n = ngr istStress σ 1 for which n = ngr
- OCRgrOCRgr
- auf σ1gr bezogene Überkonsolidierungszahloverconsolidation number related to σ1 gr
- ngrno
- Grenzporenanteil, größter Porenanteil für eine vertikale Hauptspannung σ1 Limit pore fraction, largest pore fraction for a vertical principal stress σ 1
- ngr0ngr0
- Gleichungskoeffizient von Gleichung (3), Porenanteil bei lockerster Lagerung eines erdfeuchten Lockergesteins bei σ1 = 0Equation coefficient of Equation (3), proportion of pores in the loosest bedding of an earth-moist loose rock at σ 1 = 0
- EgrEgr
- Gleichungskoeffizient Referenzsteifemodul von Gleichung (3)Equation coefficient reference stiffness modulus of equation (3)
- cegrcegr
- Gleichungskoeffizient spannungsfreier Grenzlagerungszustand von Gleichung 3) (Materialkonstante)Equation coefficient stress-free boundary storage state of Equation 3) (material constant)
- K0fc0f
- Gleichungskoeffizient von Gleichung (6)Equation coefficient of Equation (6)
- KOCRKOCR
- Gleichungskoeffizient von Gleichung (6)Equation coefficient of Equation (6)
- Kwfkwf
- Gleichungskoeffizient von Gleichung (6)Equation coefficient of Equation (6)
- Kw0wk0
- Gleichungskoeffizient von Gleichung (6)Equation coefficient of Equation (6)
- σKwσKw
- Gleichungskoeffizient von Gleichung (6)Equation coefficient of Equation (6)
- APAP
- Ausgangspunktstarting point
- EPEP
- Entlastungspunktrelief point
- Kngrroyal
- Kennlinie des Grenzporenanteils, größter Porenanteil für eine vertikale Hauptspannung σ1 Characteristic of the limit void fraction, largest void fraction for a vertical principal stress σ 1
- KAKA
- Kennlinien aus Versuch ACharacteristic curves from experiment A
- KBKB
- Kennlinien aus Versuch BCharacteristic curves from test B
- KCKC
- Kennlinien aus Versuch CCharacteristic curves from experiment C
- KDKD
- Kennlinien aus Versuch DCharacteristics from experiment D
- KEKE
- Kennlinien versuchsunabhängigCharacteristics independent of the test
Claims (5)
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DE102020133929.1A DE102020133929B3 (en) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Method for the laboratory determination of the earth pressure behavior at rest of an earth-moist, non-cohesive loose rock under load, taking into account the overconsolidation number |
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DE102020133929.1A DE102020133929B3 (en) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Method for the laboratory determination of the earth pressure behavior at rest of an earth-moist, non-cohesive loose rock under load, taking into account the overconsolidation number |
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ID=81749753
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DE102020133929.1A Active DE102020133929B3 (en) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Method for the laboratory determination of the earth pressure behavior at rest of an earth-moist, non-cohesive loose rock under load, taking into account the overconsolidation number |
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---|---|---|---|---|
DE19535210C1 (en) | 1995-09-22 | 1997-04-10 | Lausitzer Braunkohle Ag | Compaction characteristics measuring method for loose stone layer for soil mechanics laboratory |
DE19919351C1 (en) | 1999-04-28 | 2000-12-07 | Lausitzer Braunkohle Ag | Laboratory process to determine soil subsidence resulting from water ingress in geological, mining, soil mechanics and soil physics applications |
-
2020
- 2020-12-17 DE DE102020133929.1A patent/DE102020133929B3/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19535210C1 (en) | 1995-09-22 | 1997-04-10 | Lausitzer Braunkohle Ag | Compaction characteristics measuring method for loose stone layer for soil mechanics laboratory |
DE19919351C1 (en) | 1999-04-28 | 2000-12-07 | Lausitzer Braunkohle Ag | Laboratory process to determine soil subsidence resulting from water ingress in geological, mining, soil mechanics and soil physics applications |
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