DE102021104108B3 - Procedure for determining the fracture deformation behavior of cohesionless contractile loose rock with undrained compression - Google Patents

Procedure for determining the fracture deformation behavior of cohesionless contractile loose rock with undrained compression Download PDF

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Abstract

Das Verfahren ermöglicht die Bestimmung der Bruchdeformation eines Lockergesteins über weite Bereiche von wirksamen Hauptspannungsverhältnissen, größten wirksamen Hauptspannungen, Porenanteilen, Überkonsolidierungsgraden, Luftporenanteilen und Erdruhedruckbeiwerten. Zur Durchführung des Verfahrens werden im Triaxialgerät einige wenige passive Stauchungsversuche mit sich voneinander unterscheidenden größten wirksamen Hauptspannungen, wirksamen Hauptspannungsverhältnissen, Porenanteilen und Sättigungszahlen vor der passiven Stauchung durchgeführt. Aus allen Messwerten der wirksamen Hauptspannungsverhältnisse, der größten wirksamen Hauptspannungen, der Porenanteile und der Sättigungszahlen vor der passiven Stauchung sowie der Bruchdeformationen kann auf die Bruchdeformation des Lockergesteins geschlossen werden.The method enables the fracture deformation of loose rock to be determined over a wide range of effective principal stress ratios, maximum effective principal stresses, proportions of pores, degrees of overconsolidation, proportions of air voids and earth pressure coefficients at rest. To carry out the method, a few passive compression tests are carried out in the triaxial device with differing maximum effective principal stresses, effective principal stress ratios, pore fractions and saturation numbers before passive compression. From all measured values of the effective principal stress ratios, the largest effective principal stresses, the pore fractions and the saturation numbers before passive compression as well as the fracture deformations, conclusions can be drawn about the fracture deformation of the loose rock.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung ist in der bodenphysikalischen Laborversuchstechnik die Bestimmung der von den wirksamen Konsolidierungshauptspannungen σ'1,2 und σ'3,2, dem Porenanteil n2, der Sättigungszahl Sr2, dem Überkonsolidierungsgrad OCRgr2, dem Erdruhedruck K0,2 und dem Entlastungsverhalten abhängigen Bruchdeformation εf kohäsionsloser, kontraktiler Lockergesteine bei undränierter passiver Stauchung. Der Geltungsbereich des Verfahrens beschränkt sich auf Spannungsbereiche, in denen Kornzertrümmerungen noch nicht auftreten.Application of the invention is in soil physics laboratory testing technology, the determination of the effective consolidation principal stresses σ ' 1.2 and σ' 3.2 , the porosity n 2 , the saturation number S r2 , the degree of over-consolidation OCR gr2 , the earth pressure at rest K 0.2 and the Unloading behavior dependent fracture deformation ε f of cohesionless, contractile soft rock with undrained passive compression. The scope of the method is limited to stress areas in which grain fragmentation does not yet occur.

Die Eigenschaften eines Lockergesteins werden mit material- und zustandsbeschreibenden Kennzahlen beschrieben. Die zustandsbeschreibenden Kennzahlen beschreiben den Zustand, in dem sich ein Lockergestein befindet.The properties of loose rock are described with key figures that describe the material and condition. The condition-describing key figures describe the condition in which loose rock is located.

Den Lagerungszustand beschreiben der Porenanteil n und die Sättigungszahl Sr. Den Spannungszustand beschreiben die größte wirksame Hauptspannung σ'1 und die kleinste wirksame Hauptspannung σ'3. Die Geschichte eines Lockergesteins wird durch den Überkonsolidierungsgrad OCR beschrieben. Die materialbeschreibenden Kennzahlen beschreiben die zustandsunabhängigen Eigenschaften eines Lockergesteins (z.B. Kornverteilung, Korndichte).The porosity n and the saturation number S r describe the storage condition. The state of stress is described by the largest effective principal stress σ' 1 and the smallest effective principal stress σ' 3 . The history of a loose rock is described by the degree of overconsolidation OCR. The key figures describing the material describe the condition-independent properties of loose rock (e.g. grain size distribution, grain density).

Stauchung ist die Längenänderung einer Lockergesteinsprobe unter Druckbelastung.Compression is the change in length of a loose rock sample under compression.

Passive Stauchung ist eine Versuchstechnologie-bei Triaxialversuchen, bei der die Stauchung der Lockergesteinsprobe durch eine Steigerung der von außen aufgebrachten Kraft in der Richtung der größten Hauptspannung erfolgt.Passive upsetting is a testing technology-in triaxial testing-in which upsetting of the soft rock sample is accomplished by increasing the externally applied force in the direction of greatest principal stress.

Bruch ist das Versagen eines Materials unter mechanischer Beanspruchung. In der Bodenmechanik ist die Bruchfestigkeit bei der Stauchung eines Lockergesteins der Maximalwert der Scherspannung vor Abfall der Scherfestigkeit. Die Scherfestigkeit eines Lockergesteins kann nach dem Bruch und nach dem Abfall auf die Restscherfestigkeit nach viel größeren Deformationen wieder ansteigen, dieses Verhalten gehört aber nicht mehr zum Bruchverhalten.Fracture is the failure of a material under mechanical stress. In soil mechanics, the fracture strength during compression of loose rock is the maximum value of the shear stress before the shear strength drops. The shear strength of a loose rock can increase again after fracture and after falling to the residual shear strength after much larger deformations, but this behavior is no longer part of the fracture behavior.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, welches die nachfolgend noch erläuterten Nachteile, insbesondere die aufwändige Bestimmung der Bruchdeformation von Lockergesteinen, insbesondere der Bruchdeformation für alle möglichen vorkommenden Anfangszustände einer Probe des Lockergesteins vermeidet.The object of the present invention is to provide a method which avoids the disadvantages explained below, in particular the time-consuming determination of the fracture deformation of loose rock, in particular the fracture deformation for all possible initial states of a sample of the loose rock.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.This object is achieved by a method according to claim 1.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert:

  • Die in dieser Beschreibung verwendeten Bezugszeichen und Indizes sind in der Bezugszeichenliste erläutert.
    • 1 zeigt für einen idealisierten passiven Stauchungsversuch die Verläufe von Scherspannung t, Porenwasserdruck u und größter totaler Hauptspannung σ3 als Funktion der Deformation ε der Probe. Die Bruchdeformation εf ist die Deformation, bei der die Scherspannung t ihren Maximalwert erreicht.
The invention is explained below with reference to the figures:
  • The reference symbols and indices used in this description are explained in the list of reference symbols.
    • 1 shows the curves of shear stress t, pore water pressure u and maximum total principal stress σ 3 as a function of the deformation ε of the sample for an idealized passive compression test. The fracture deformation ε f is the deformation at which the shear stress t reaches its maximum value.

„Wirksam“ ist die Bezeichnung eines Bezugssystems in der Bodenmechanik."Effective" is the designation of a reference system in soil mechanics.

Das „Bezugssystem wirksam“ ist dadurch gekennzeichnet, dass wirksame Spannungen als Spannungsbezug für die Ermittlung von Festigkeitskenngrößen (insbesondere Reibungswinkel) genutzt werden.The “effective reference system” is characterized by the fact that effective stresses are used as a stress reference for determining strength parameters (in particular the angle of friction).

Wirksame Spannungen ergeben sich aus den Gesamtspannungen (totalen Spannungen) im Boden abzüglich der statischen Porenwasserdrücke nach der Konsolidierung sowie der sich zwischen Konsolidierung und Bruch in einer Probe entwickelnden Porenwasserüberdrücke.Effective stresses result from the total stresses (total stresses) in the soil minus the static pore water pressures after consolidation and the excess pore water pressures developing in a sample between consolidation and failure.

Der Porenanteil ist der Anteil des Porenraums (gasförmige und flüssige Phase) am Gesamtvolumen eines Lockergesteins.The pore fraction is the proportion of pore space (gaseous and liquid phase) in the total volume of loose rock.

Die Sättigungszahl ist der Anteil der flüssigen Phase am Volumen des Porenraumes eines Lockergesteins.The saturation number is the proportion of the liquid phase in the volume of the pore space in loose rock.

Unter wassergesättigt wird verstanden, dass eventuell im Boden noch verbliebene Gasanteile durch das Porenwasser von der Atmosphäre getrennt sind.Water-saturated means that any remaining gas in the soil is separated from the atmosphere by the pore water.

2 zeigt die Definition der Überkonsolidierungsgrade OCR und OCRgr. 2 shows the definition of the degrees of overconsolidation OCR and OCR gr .

Gleichung 1 zeigt die Definition des Überkonsolidierungsgrades OCR. O C R = σ ' 1 max σ ' 1

Figure DE102021104108B3_0001
Equation 1 shows the definition of the degree of overconsolidation OCR. O C R = σ ' 1 Max σ ' 1
Figure DE102021104108B3_0001

Der Überkonsolidierungsgrad OCR ist das Verhältnis aus der größten wirksamen Hauptspannung Lockergesteins σ'1max, welcher ein Lockergestein im Laufe seiner Genese ausgesetzt war, und der aktuellen größten wirksamen Hauptspannung σ'1.The degree of overconsolidation OCR is the ratio of the greatest effective principal stress in loose rock σ' 1max , to which loose rock was exposed in the course of its formation, and the current greatest effective principal stress σ' 1 .

Die klassische Definition des Überkonsolidierungsgrades hat insbesondere für Tagebaukippen Nachteile. Die Vorgeschichte der Kippe muss bekannt sein, damit der Überkonsolidierungsgrad OCR bestimmbar ist. In der Nähe von Böschungen, nichtoberflächenparallelen Grundwasserständen oder Auflasten an der Geländeoberfläche, ist die Teufenabhängigkeit des Überkonsolidierungsgrades OCR nicht oberflächenparallel. Die Teufenabhängigkeit des Überkonsolidierungsgrades OCR ist damit lokal unterschiedlich.The classic definition of the degree of overconsolidation has disadvantages, especially for opencast mine dumps. The history of the dump must be known so that the degree of overconsolidation OCR can be determined. In the vicinity of embankments, groundwater levels that are not parallel to the surface, or surcharges on the terrain surface, the depth dependence of the degree of overconsolidation OCR is not parallel to the surface. The depth dependence of the degree of overconsolidation OCR is therefore locally different.

Daher wird anstelle des klassischen Überkonsolidierungsgrades OCR der Überkonsolidierungsgrad OCRgr verwendet.Therefore, the OCR gr degree of overconsolidation is used instead of the classic OCR degree of overconsolidation.

Gleichung 2 zeigt die Definition des Überkonsolidierungsgrades OCRgr. O C R g r = σ ' 1 g r σ ' 1 = E g r ( ln ( n n g r 0 ) ) 1 c e g r σ ' 1

Figure DE102021104108B3_0002
Equation 2 shows the definition of the degree of overconsolidation OCR gr . O C R G right = σ ' 1 G right σ ' 1 = E G right ( ln ( n n G right 0 ) ) 1 c e G right σ ' 1
Figure DE102021104108B3_0002

Der Überkonsolidierungsgrad OCRgr ist das Verhältnis aus der bei dem jeweiligen Porenanteil n der Probe größtmöglichen größten Hauptspannung σ'1gr und der größten wirksamen Hauptspannung σ'1.The degree of overconsolidation OCR gr is the ratio of the largest possible principal stress σ' 1gr for the respective porosity n of the sample and the largest effective principal stress σ' 1 .

In den Überkonsolidierungsgrad gehen der Porenanteil, die Spannung und das Entlastungsverhalten ein.The degree of overconsolidation includes the proportion of pores, the tension and the unloading behavior.

Gleichung 3 zeigt die Definition des wirksamen Hauptspannungsverhältnisses zu Beginn der passiven Stauchung K'2. K ' 2 = σ ' 1,2 σ ' 3,2

Figure DE102021104108B3_0003
Equation 3 shows the definition of the effective principal stress ratio at the beginning of passive compression K' 2 . K ' 2 = σ ' 1.2 σ ' 3.2
Figure DE102021104108B3_0003

Das wirksame Hauptspannungsverhältnis zu Beginn der passiven Stauchung K'2 ist das Verhältnis aus der größten wirksamen Hauptspannung vor der passiven Stauchung σ'1,2 und der kleinsten wirksamen Hauptspannung vor der passiven Stauchung σ'3,2.The effective principal stress ratio at the beginning of passive compression K' 2 is the ratio of the greatest effective principal stress before passive compression σ' 1,2 and the smallest effective principal stress before passive compression σ' 3,2 .

Als Versuchsapparatur zur Messung der Bruchdeformation dient das statische Triaxialgerät. Passive Stauchungsversuche werden zur Bestimmung der Bruchdeformation des zu untersuchenden Lockergesteins durchgeführt.The static triaxial device is used as a test apparatus for measuring the fracture deformation. Passive compression tests are carried out to determine the fracture deformation of the loose rock to be examined.

Die bekannten Versuchstechnologien sind darauf ausgerichtet, die Bruchdeformation bei Versuchen mit definierten Anfangsbedingungen im statischen Triaxialgerät zu messen.The known test technologies are designed to measure the fracture deformation in tests with defined initial conditions in the static triaxial device.

Die gemessene Bruchdeformation gilt nur für die definierten Anfangskennwerte, z.B. einen definierten Anfangsporenanteil n2, einen definierten Überkonsolidierungsgrad OCRgr2, eine definierte größte Hauptspannung σ'1,2 und ein definiertes Hauptspannungsverhältnis K'2.The measured fracture deformation only applies to the defined initial parameters, eg a defined initial porosity n 2 , a defined degree of overconsolidation OCR gr2 , a defined maximum principal stress σ' 1.2 and a defined principal stress ratio K' 2 .

Um Bruchdeformationen für unterschiedliche Anfangszustände zu bestimmen, muss nach dem Stand der Technik in nachteiliger Weise für jede mögliche Kombination von Anfangskennwerten wenigstens ein Einzelversuch gefahren werden.According to the prior art, in order to determine fracture deformations for different initial states, it is disadvantageous that at least one individual test has to be carried out for each possible combination of initial parameters.

Die Anzahl der erforderlichen Versuche für die Bestimmung der Bruchdeformation für alle möglichen vorkommenden Anfangszustände einer Probe ist sehr groß und verbietet sich in der Regel aus ökonomischen Gründen.The number of tests required to determine the fracture deformation for all possible initial states of a specimen is very large and is generally not possible for economic reasons.

Ein Verfahren für die Ermittlung der Bruchdeformation in Abhängigkeit unterschiedlicher Anfangskennwerte aus wenigen Versuchen gibt es nach dem Stand der Technik nicht.According to the state of the art, there is no method for determining the fracture deformation as a function of different initial characteristic values from a few tests.

Mit der vorliegenden Erfindung wird somit ein Prüfverfahren geschaffen werden, dessen Ergebnisse die Bruchdeformation von kohäsionslosen kontraktilen Lockergesteinen

  • • in Abhängigkeit von deren größter Anfangshauptspannung σ'1,2,
  • • in Abhängigkeit vom Anfangshauptspannungsverhältnis K'2,
  • • in Abhängigkeit vom Anfangsporenanteil n2,
  • • in Abhängigkeit vom Anfangsluftporenanteil na,2,
  • • in Abhängigkeit vom Anfangsüberkonsolidierungsgrad OCRgr2,
  • • in Abhängigkeit vom Anfangserdruhedruckbeiwert K0,2
sowie
  • • den maximalen Porenanteil ngr0 des erdfeuchten Materials im spannungsfreien Zustand und
  • • die materialspezifische Konstante Cent des Entlastungsverhaltens beschreiben.
With the present invention, a test method is thus created, the results of which show the fracture deformation of cohesionless contractile loose rock
  • • as a function of their largest initial principal stress σ' 1.2 ,
  • • as a function of the initial principal stress ratio K' 2 ,
  • • depending on the initial porosity n 2 ,
  • • as a function of the initial air void fraction n a,2 ,
  • • depending on the initial degree of overconsolidation OCR gr2 ,
  • • as a function of the initial at-rest earth pressure coefficient K 0.2
such as
  • • the maximum porosity n gr0 of the earth-moist material in a tension-free state and
  • • describe the material-specific constant C ent of the unloading behavior.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren noch weiter detailliert erläutert.The method according to the invention is explained in more detail below.

Funktionen der allgemeinen Form εf = f(σ'1,2, K'2, n2, na,2, OCRgr2, K0,2, ngr0) genügen der Forderung, die Bruchdeformation eines Lockergesteins in Abhängigkeit von unterschiedlichen Anfangszuständen beschreiben zu können.Functions of the general form ε f = f(σ' 1,2 , K' 2 , n 2 , na ,2 , OCR gr2 , K 0,2 , n gr0 ) satisfy the requirement that the fracture deformation of loose rock depends on different to describe initial states.

Eine konkrete vorteilhafte Form der Ausbildung der aufgeführten allgemeinen Funktion stellt Gleichung 4 dar. ε ƒ = c e n t p r K ' 2 K 0,2 ln ( σ ' 1,2 + p r p r ) σ ' 1,2 + p r + e ( ε n e ( n a ,2 2 ε K S r ) ( n g r 0 n 2 ) ε Δ n ( K ' 2 K 0,2 ) ε k O C R g r 2 ε O C R 1 )

Figure DE102021104108B3_0004
Equation 4 represents a concrete, advantageous form of designing the general function listed. e ƒ = c e n t p right K ' 2 K 0.2 ln ( σ ' 1.2 + p right p right ) σ ' 1.2 + p right + e ( e n e ( n a ,2 2 e K S right ) ( n G right 0 n 2 ) e Δ n ( K ' 2 K 0.2 ) e k O C R G right 2 e O C R 1 )
Figure DE102021104108B3_0004

Der erste Summand von Gleichung 4 beschreibt den elastischen Anteil der Bruchdeformation.The first summand of Equation 4 describes the elastic part of the fracture deformation.

Der zweite Summand von Gleichung 4 beschreibt den plastischen Anteil der Bruchdeformation.The second summand of Equation 4 describes the plastic part of the fracture deformation.

Zur Bestimmung der Koeffizienten von Gleichung 4 werden mit Proben des zu untersuchenden Lockergesteins mehrere passive Stauchungsversuche zu fahren.To determine the coefficients of Equation 4, several passive compression tests are carried out with samples of the loose rock to be examined.

Zu Beginn der passiven Stauchungsversuche werden der Porenanteil n2, die Sättigungszahl Sr2, die größte wirksame Hauptspannung σ'1,2 und die kleinste wirksame Hauptspannung σ'3,2 gemessen. K ' 2 = σ ' 1,2 σ ' 3,2

Figure DE102021104108B3_0005
At the beginning of the passive compression tests, the porosity n 2 , the saturation number S r2 , the largest effective principal stress σ' 1.2 and the smallest effective principal stress σ' 3.2 are measured. K ' 2 = σ ' 1.2 σ ' 3.2
Figure DE102021104108B3_0005

Der Überkonsolidierungsgrad OCRgr2 zu Beginn der passiven Stauchung wird mit Gleichung 2 aus dem Porenanteil n2 und der größten wirksamen Hauptspannung σ'1,2 berechnet. O C R g r = σ ' 1 g r σ ' 1 = E g r ( ln ( n n g r 0 ) ) 1 c e g r σ ' 1

Figure DE102021104108B3_0006
The degree of overconsolidation OCR gr2 at the beginning of passive compression is calculated using Equation 2 from the porosity n 2 and the largest effective principal stress σ' 1.2 . O C R G right = σ ' 1 G right σ ' 1 = E G right ( ln ( n n G right 0 ) ) 1 c e G right σ ' 1
Figure DE102021104108B3_0006

Der Luftporenanteil na,2 zu Beginn der passiven Stauchung wird mit Gleichung 5 aus Porenanteil n2 und Sättigungszahl Sr2 berechnet. n a ,2 = n 2 ( 1 S r 2 )

Figure DE102021104108B3_0007
The proportion of air voids n a,2 at the beginning of the passive compression is calculated using Equation 5 from the proportion of voids n 2 and the saturation number S r2 . n a ,2 = n 2 ( 1 S right 2 )
Figure DE102021104108B3_0007

In den passiven Stauchungsversuchen wird die Bruchdeformation εf gemessen.In the passive compression tests, the fracture deformation ε f is measured.

Anschließend wird die größtmögliche größte Hauptspannung des Lockergesteins in Abhängigkeit des Porenanteils σ'1gr = f(n) und der maximale Porenanteil ngr0 des erdfeuchten Materials im spannungsfreien Zustand gemäß dem in der Druckschrift DE 195 35 210 C1 beschriebenen Verfahren gemäß bestimmt.Subsequently, the greatest possible main stress of the loose rock as a function of the pore fraction σ' 1gr = f(n) and the maximum pore fraction n gr0 of the earth-moist material in the stress-free state according to the in the publication DE 195 35 210 C1 determined according to the method described.

Die größtmögliche größte Hauptspannung σ'1gr,2 für den jeweiligen Porenanteil n2 einer Probe wird für die Berechnung des Überkonsolidierungsgrads OCRgr2 vor der passiven Stauchung (Gleichung 2) benötigt.The largest possible principal stress σ' 1gr,2 for the respective porosity n 2 of a sample is required to calculate the degree of overconsolidation OCR gr2 before passive compression (equation 2).

Der maximale Porenanteil ngr0 des erdfeuchten Materials im spannungsfreien Zustand einer Probe wird für eine Ausgleichsrechnung benötigt.The maximum porosity n gr0 of the earth-moist material in a stress-free state of a sample is required for a fitting calculation.

Für die jeweils betrachtete Anfangsbedingung einer undränierten passiven Stauchung ist das gemessene Hauptspannungsverhältnis K'2 = σ'3,2 / σ'1,2 mit dem dazugehörigen Erdruhedruckbeiwert K0,2 zu vergleichen.For the respective initial condition of an undrained passive compression, the measured principal stress ratio K' 2 = σ' 3.2 / σ' 1.2 is to be compared with the associated earth pressure coefficient K 0.2 .

Aus Entlastungsversuchen wird die materialspezifische Konstante cent des Entlastungsverhaltens bestimmt.The material-specific constant c ent of the unloading behavior is determined from unloading tests.

In den Entlastungsversuchen wird der Anstieg des Porenanteils n einer Probe bei Verringerung der größten wirksamen Hauptspannung σ'1 gemessen.In the unloading tests, the increase in the proportion of pores n in a sample is measured when the largest effective principal stress σ' 1 decreases.

3 zeigt im n = f(σ'1)-Diagramm die Ergebnisse von beispielsweise zehn Entlastungsversuchen an einer Bodenprobe. 3 shows in the n = f(σ' 1 ) diagram the results of, for example, ten relief tests on a soil sample.

Die Messergebnisse sind in 3 als Kurven dargestellt. Aus den Messwerten des Porenanteils n und der größten wirksamen Hauptspannung σ'1 sowie den Porenanteilen nach Setzung und Sackung (zu Beginn der Entlastungsversuche) n2 und einer Referenzspannung pr = 1 kPa wird mittels der Ausgleichsrechnung die materialspezifische Konstante cent des Entlastungsverhalten für Gleichung 6 berechnet. n 2 = n 2,0 c e n t ln ( σ ' 1 + p r p r )

Figure DE102021104108B3_0008
The measurement results are in 3 shown as curves. From the measured values of the proportion of pores n and the largest effective principal stress σ' 1 as well as the proportion of pores after settlement and sagging (at the beginning of the unloading tests) n 2 and a reference stress p r = 1 kPa, the material-specific constant c ent of the unloading behavior for Equation is determined by means of the compensation calculation 6 calculated. n 2 = n 2.0 c e n t ln ( σ ' 1 + p right p right )
Figure DE102021104108B3_0008

3 zeigt ebenfalls mit die mit der Gleichung 6 berechneten Schätzwerte für den Porenanteil n in Abhängigkeit der größten wirksamen Hauptspannung σ'1. 3 also shows the estimated values for the porosity n calculated with Equation 6 as a function of the largest effective principal stress σ' 1 .

In den passiven Stauchungsversuchen werden folgende Werte gemessen bzw. berechnet:

  • • die größte wirksame Hauptspannung zu Beginn der passiven Stauchung σ'1,2,
  • • wirksames Hauptspannungsverhältnis zu Beginn der passiven Stauchung K'2,
  • • der Porenanteil zu Beginn der passiven Stauchung n2,
  • • der Luftporenanteil zu Beginn der passiven Stauchung na,2,
  • • der Überkonsolidierungsgrad zu Beginn der passiven Stauchung OCRgr2,
  • • der Erdruhedruckbeiwert zu Beginn der passiven Stauchung K0,2 und
  • • die Bruchdeformation εf.
The following values are measured or calculated in the passive compression tests:
  • • the greatest effective principal stress at the beginning of passive compression σ' 1,2 ,
  • • effective principal stress ratio at the beginning of passive compression K' 2 ,
  • • the proportion of pores at the beginning of the passive compression n 2 ,
  • • the proportion of air voids at the beginning of passive compression n a,2 ,
  • • the degree of overconsolidation at the beginning of passive compression OCR gr2 ,
  • • the earth pressure coefficient at rest at the beginning of the passive compression K 0.2 and
  • • the fracture deformation ε f .

Aus allen Werten der passiven Stauchungsversuche und den materialspezifischen Parametern ngr0 und cent sind durch die Ausgleichsrechnung die Gleichungskoeffizienten von Gleichung 4 als materialbeschreibende Parameter zu berechnen. Dabei wird in Gleichung 4 eine Referenzspannung pr = 1 kPa angesetzt.From all the values of the passive compression tests and the material-specific parameters n gr0 and c ent , the equation coefficients of Equation 4 are to be calculated as material-describing parameters by means of the adjustment calculation. A reference voltage p r =1 kPa is used in Equation 4.

Das Verfahren bietet gegenüber der konventionellen Herangehensweise dem Anwender der Laborversuchsergebnisse die Möglichkeit, die Bruchdeformation auch für Anfangszustände der passiven Stauchung einer Probe zu bestimmen, für die keine Laborversuche durchgeführt wurden.In contrast to the conventional approach, the method offers the user of the laboratory test results the possibility of determining the fracture deformation even for initial states of passive compression of a specimen for which no laboratory tests have been carried out.

Anhand eines Ausführungsbeispiels werden das erfindungsgemäße Verfahren und die Anwendung seiner Ergebnisse nachfolgend noch näher erläutert.The method according to the invention and the application of its results are explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment.

Aus der Kippe eines Tagebaus wird aus einer zu untersuchenden Kippscheibe eine Lockergesteinsprobe entnommen, die repräsentativ für die am Kippscheibenaufbau beteiligten Lockergesteine ist.A sample of loose rock is taken from a tilting disk to be examined in the dump of an opencast mine, which sample is representative of the loose rock involved in the construction of the tilting disk.

Mit dem Material dieser Lockergesteinsprobe werden im statischen Triaxialgerät eine Reihe (zweckmäßigerweise je nach Verteilung der Messwerte) beispielsweise zehn passive Stauchungsversuche durchgeführt.A series of, for example, ten passive compression tests (appropriately depending on the distribution of the measured values) are carried out with the material from this loose rock sample in the static triaxial device.

Die wirksamen Hauptspannungsverhältnisse, die größten wirksamen Hauptspannungen, die Porenanteile und die Sättigungszahlen vor der passiven Stauchung sind in jedem passiven Stauchungsversuch unterschiedlich und sollen über möglichst weite Wertebereiche variiert werden.The effective principal stress ratios, the greatest effective principal stresses, the proportion of pores and the saturation number before passive compression are different in each passive compression test and should be varied over the widest possible range of values.

Zusätzlich werden die Versuche gemäß DE 195 35 210 C1 sowie Entlastungsversuche durchgeführt, damit eine Bestimmung des Überkonsolidierungsgrades OCRgr2, des maximalen Porenanteils ngr0 des erdfeuchten Materials im spannungsfreien Zustand und der materialspezifischen Konstante cent des Entlastungsverhaltens möglich ist.In addition, the tests according to DE 195 35 210 C1 and unloading tests were carried out so that the degree of overconsolidation OCR gr2 , the maximum porosity n gr0 of the earth-moist material in a stress-free state and the material-specific constant c ent of the unloading behavior could be determined.

Weiterhin muss der Erdruhedruckbeiwert K0,2 für die benötigten Zustände bekannt sein. Die Bestimmung der Erdruhedruckbeiwert K0,2 in Laborversuchen ist nicht näher erläutert, da dem Fachmann die Vorgehensweise bekannt ist.Furthermore, the earth pressure coefficient at rest K 0.2 must be known for the required states. The determination of the earth pressure coefficient K 0.2 at rest in laboratory tests is not explained in detail, since the procedure is known to the person skilled in the art.

Zweckmäßigerweise können die vor den passiven Stauchungen notwendigen Konsolidierungen bei behinderter Seitendehnung durchgeführt werden. Diese besondere Konsolidierungstechnologie liefert die benötigten Erdruhedruckbeiwerte, so dass hierfür keine gesonderten Triaxialversuche durchgeführt werden müssen.Expediently, the consolidations necessary before the passive compression can be carried out when the lateral stretching is impaired. This special consolidation technology provides the required earth pressure coefficients at rest, so that no separate triaxial tests have to be carried out for this.

An einem verkippten schwach schluffigen Sand soll beispielhaft die Bruchdeformation bestimmt werden. Zur Klassifizierung dieses Sandes wurden durch den Fachmann folgende materialbeschreibende Kennzahlen bestimmt. Feinkornanteil 6% Feinsandanteil 15% Mittelsandanteil 57% Grobsandanteil 20% Feinkiesanteil 3% Ungleichförmigkeitszahl 3,43 Krümmungszahl 1,37 Korndichte 2,665 g/cm3 Porenzahl bei lockerster Lagerung nach DIN 18126 0,461 Porenzahl bei dichtester Lagerung nach DIN 18126 0,958 The fracture deformation is to be determined on a tilted, slightly silty sand as an example. In order to classify this sand, the person skilled in the art determined the following key figures that describe the material. fine grain content 6% fine sand content 15% proportion of medium sand 57% coarse sand content 20% fine gravel content 3% non-uniformity number 3.43 curvature number 1.37 grain density 2.665 g/cm3 Number of pores with the loosest storage according to DIN 18126 0.461 Number of pores with dense storage according to DIN 18126 0.958

Durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Druckschrift DE 195 35 210 C1 wurden die Koeffizienten des spannungsabhängigen Grenzlagerungszustands dieses Sandes in Konsolidierungsversuchen, wie folgt bestimmt: n gr 0 = 0,665 ;  E gr = 369799  kPa ;  c egr = 0,12134

Figure DE102021104108B3_0009
By using the method according to the publication DE 195 35 210 C1 the coefficients of the stress-dependent boundary storage state of this sand were determined in consolidation tests as follows: n big 0 = 0.665 ; E big = 369799 kPa ; c eg = 0.12134
Figure DE102021104108B3_0009

Aus den in 3 gezeigten Entlastungsversuchen ergibt sich ein Wert von cent = 0,00291.from the in 3 The unloading tests shown result in a value of c ent = 0.00291.

Mit diesem Sand wurden insgesamt zehn passive Stauchungsversuche mit unterschiedlichen Porenanteilen nach der Konsolidierung n2 und unterschiedlichen Konsolidierungsspannungen σ'1,2 und σ'3,2 durchgeführt, siehe Tabelle 4.A total of ten passive compression tests with different pore fractions after consolidation n 2 and different consolidation stresses σ' 1.2 and σ' 3.2 were carried out with this sand, see table 4 .

Nach Abschluss der passiven Stauchungsversuche werden aus den Bruchdeformationen εf sowie den Kennwerten des Ausgangszustandes vor der passiven Stauchung

  • • die größte wirksame Hauptspannung σ'1,2,
  • • das wirksame Hauptspannungsverhältnis K'2,
  • • der Porenanteil n2,
  • • der Luftporenanteil na,2,
  • • der Überkonsolidierungsgrad OCRgr2,
  • • der zugehörige Erdruhedruckbeiwert K0,2
die Koeffizienten εn, εOCR, εk, εKSr und εΔn für die beispielhafte Bodenprobe von Gleichung 4 berechnet. ε ƒ = c e n t p r K ' 2 K 0,2 ln ( σ ' 1,2 + p r p r ) σ ' 1,2 + p r + e ( ε n e ( n a ,2 2 ε K S r ) ( n g r 0 n 2 ) ε Δ n ( K ' 2 K 0,2 ) ε k O C R g r 2 ε O C R 1 )
Figure DE102021104108B3_0010
After the passive compression tests have been completed, the fracture deformations ε f and the characteristic values of the initial state before the passive compression are obtained
  • • the largest effective principal stress σ' 1.2,
  • • the effective principal stress ratio K' 2 ,
  • • the porosity n 2 ,
  • • the proportion of air voids n a,2 ,
  • • the degree of overconsolidation OCR gr2 ,
  • • the associated earth pressure coefficient at rest K 0.2
calculated the coefficients ε n , ε OCR , ε k , ε KSr , and ε Δn for the exemplary soil sample of Equation 4. e ƒ = c e n t p right K ' 2 K 0.2 ln ( σ ' 1.2 + p right p right ) σ ' 1.2 + p right + e ( e n e ( n a ,2 2 e K S right ) ( n G right 0 n 2 ) e Δ n ( K ' 2 K 0.2 ) e k O C R G right 2 e O C R 1 )
Figure DE102021104108B3_0010

Die Zahlenwerte in den 4 bis 11 gelten ausschließlich für die an der beispielhaften Bodenprobe durchgeführten Messungen.The numerical values in the 4 until 11 apply exclusively to the measurements carried out on the exemplary soil sample.

4 zeigt die Messwerte der passiven Stauchungsversuche (n2, σ'1,2, σ'3,2, Sr2, εf) und die aus den Messwerten berechneten Kennwerte K'2, OCRgr2 und K0,2. 4 shows the measured values of the passive compression tests (n 2 , σ' 1.2 , σ' 3.2 , S r2 , ε f ) and the characteristic values K' 2 , OCR gr2 and K 0.2 calculated from the measured values.

5 zeigt die mit Ausgleichsrechnung berechneten Koeffizienten von Gleichung 4 εn, εOCR, εk, εKSRr und εΔn für die beispielhafte Bodenprobe. 5 shows the coefficients of Equation 4 ε n , ε OCR , ε k , ε KSRr and ε Δn calculated with fitting calculation for the exemplary soil sample.

Die Koeffizienten von Gleichung 4 wurden für die beispielhafte Bodenprobe wie folgt berechnet: ε n = 5,50 * 10 6 ;   ε OCR = 6,71 * 10 3 ;   ε k = 1,05 ;   ε KSr = 1,22 * 10 3 ;   ε Δ n = 10,3

Figure DE102021104108B3_0011
In 6 sind unter der Bezeichnung „Fehler εf“ die Fehler bei der Abschätzung der Bruchdeformationen εf der beispielhaften Bodenprobe abgeschätzt.The coefficients of Equation 4 were calculated for the example soil sample as follows: e n = 5.50 * 10 6 ; e OCR = 6.71 * 10 3 ; e k = 1.05 ; e KSr = 1.22 * 10 3 ; e Δ n = 10.3
Figure DE102021104108B3_0011
In 6 the errors in estimating the fracture deformations ε f of the exemplary soil sample are estimated under the designation "Error ε f ".

Der Fehler bei der Abschätzung der Bruchdeformation ist die Differenz zwischen der gemessenen und der abgeschätzten Bruchdeformation.The error in estimating the fracture strain is the difference between the measured and the estimated fracture strain.

Die Größe des Fehlers bei der Abschätzung der Bruchdeformation εf ist von der Größe der Bruchdeformation abhängig, da die Bruchdeformationen eine Größenbereich von vier Zehnerpotenzen überstreichen können.The size of the error when estimating the fracture deformation ε f depends on the size of the fracture deformation, since the fracture deformations can cover a size range of four powers of ten.

In 6 wurde der Fehler für vier definierten Bruchdeformationen εf bestimmt.In 6 the error for four defined fracture deformations ε f was determined.

Bei einer Bruchdeformation εf = 0,0005 ergab sich bei der beispielhaften Bodenprobe ein Fehler der Bruchdeformation von 0,00025. Bei einer Bruchdeformation εf = 0,1 ergab sich bei der beispielhaften Bodenprobe ein Fehler der Bruchdeformation von 0,0503.With a fracture deformation ε f = 0.0005, the example soil sample resulted in a fracture deformation error of 0.00025. With a fracture deformation ε f = 0.1, the exemplary soil sample had an error in fracture deformation of 0.0503.

7 zeigt die mittels Gleichung 4 und den Koeffizienten aus 5 berechneten Schätzwerte der Bruchdeformation εf,reg für die beispielhafte Bodenprobe. 7 shows that using Equation 4 and the coefficients 5 calculated estimated values of the fracture deformation εf,reg for the exemplary soil sample.

In 7 sind unter der Bezeichnung „Fehler εf“ die Differenzen zwischen den mit Gleichung 4 berechneten Bruchdeformationen εf,reg und den in den Versuchen gemessenen Bruchdeformationen εf angegeben.In 7 the differences between the fracture deformations εf,reg calculated using Equation 4 and the fracture deformations ε f measured in the tests are given under the heading "Error ε f ".

In 8 sind die Messwerte und Schätzwerte der Bruchdeformation εf über den Sättigungszahlen vor der passiven Stauchung Sr2 und den Porenanteilen vor der passiven Stauchung n2 dargestellt.In 8th the measured values and estimated values of the fracture deformation ε f are plotted against the saturation numbers before passive compression S r2 and the proportion of pores before passive compression n 2 .

In 9 sind die Messwerte und Schätzwerte der Bruchdeformation εf über den Überkonsolidierungsgraden vor der passiven Stauchung OCRgr2 und den wirksamen Hauptspannungsverhältnissen vor der passiven Stauchung K'2 dargestellt.In 9 shows the measured values and estimated values of the fracture deformation ε f over the degrees of overconsolidation before passive compression OCR gr2 and the effective principal stress ratios before passive compression K' 2 .

Als Verfahrensergebnis zeigt 10 das Kennlinienfeld εf = f(σ'1,2) der Bodenprobe für konstante Porenanteile vor der passiven Stauchung n2, konstante wirksame Hauptspannungsverhältnisse vor der passiven Stauchung K'2 und konstante Sättigungszahlen vor der passiven Stauchung Sr2.As a result of the procedure shows 10 the family of characteristics ε f = f(σ' 1,2 ) of the soil sample for constant porosity before passive compression n 2 , constant effective principal stress ratios before passive compression K' 2 and constant saturation numbers before passive compression S r2 .

11 zeigt schließlich das Kennlinienfeld εf = f(σ'1,2) der Bodenprobe für konstante Anfangsporenanteile n0, konstante Anfangssättigungszahlen Sr0, konstante wirksame Hauptspannungsverhältnisse vor der passiven Stauchung K'2 und konstante Grundwasserstände GWS. 11 finally shows the family of characteristics ε f = f(σ' 1,2 ) of the soil sample for constant initial pore fractions n 0 , constant initial saturation factors S r0 , constant effective principal stress ratios before passive compression K' 2 and constant groundwater levels GWS.

In 11 ist ebenfalls die größte wirksame Hauptspannung auf Höhe des Grundwasserspiegels σ'1,2,GWS angegeben. Die größte wirksame Hauptspannung auf Höhe des Grundwasserspiegels σ'1,2,GWS ist das Produkt aus der mittleren Wichte der erdfeuchten Überdeckung γef und dem Grundwasserflurabstand ZGWS gemäß Gleichung 7. σ ' 1, e ƒ = γ e ƒ z G W S

Figure DE102021104108B3_0012
In 11 the largest effective principal stress at groundwater level σ' 1,2 , GWS is also given. The greatest effective principal stress at the level of the groundwater level σ' 1,2,GWS is the product of the mean specific gravity of the earth-moist covering γ ef and the groundwater table distance Z GWS according to Equation 7. σ ' 1, e ƒ = g e ƒ e.g G W S
Figure DE102021104108B3_0012

Der Wert der größten wirksamen Hauptspannung auf Höhe des Grundwasserspiegels σ'1,2,GWS kennzeichnet die Lage des Grundwasserstandes bei einer bestimmten Spannung σ'1,2 im εf = f(σ'1,2)-Diagramm. Die Bruchdeformation εf wird nur unterhalb des Grundwasserspiegels (σ'1,2 > σ'1,2,GWS) bestimmt.The value of the greatest effective principal stress at the groundwater level σ' 1,2,GWS characterizes the position of the groundwater level at a certain stress σ' 1,2 in the ε f = f(σ' 1,2 ) diagram. The fracture deformation ε f is only determined below the water table (σ' 1.2 >σ' 1.2,GWS ).

10 und 11 unterscheiden sich durch die zugrundeliegenden Porenanteile n. 10 and 11 differ in the underlying porosity n.

10 wurde unter Annahme definierter konstanter Porenanteile zu Beginn der passiven Stauchung n2 bestimmt. 10 was determined assuming a defined, constant proportion of pores at the beginning of the passive compression n 2 .

11 wurde unter Annahme definierter konstanter Anfangsporenanteile (Einbauporenanteile) n0 bestimmt, aus denen die Porenanteile zu Beginn der passiven Stauchung n2 berechnet wurden. 11 was determined assuming a defined, constant initial pore fraction (built-in pore fraction) n 0 , from which the pore fraction n 2 at the beginning of passive compression was calculated.

Bei einem Vorgehen nach der Vorgehensweise der vorliegenden Erfindung ist die Konfiguration der statischen Triaxialversuche bezüglich größter wirksamer Hauptspannung, wirksamem Hauptspannungsverhältnis, Porenanteil und Sättigungszahl in vorteilhafter Weise unabhängig von den Anforderungen an die Versuchsergebnisse, die sich zumeist bei der bodenmechanischen Bearbeitung des bestehenden Problems erst ergeben oder sich verändern.When proceeding according to the procedure of the present invention, the configuration of the static triaxial tests with regard to the greatest effective main stress, effective main stress ratio, proportion of pores and saturation number is advantageously independent of the requirements for the test results, which usually only arise during the soil-mechanical processing of the existing problem or change.

Bei einer konventionellen Durchführung der passiven Stauchungsversuche zur Bestimmung des scheinbaren Bruchverhaltens entstehen dadurch Verzögerungen, da im Labor erst die Vorgaben des bodenmechanischen Bearbeiters abgewartet werden müssen. Ändern sich nach Durchführung der passiven Stauchungsversuche während der Bearbeitung die Vorgaben, so muss bei der konventionellen Bearbeitung in nachteiliger Weise mit Schätzungen gearbeitet werden oder die passiven Stauchungsversuche müssen mit den neuen Anfangsbedingungen wiederholt werden. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens treten diese Probleme in vorteilhafter Weise nicht mehr auf, da die Bruchdeformation eines Lockergesteins bekannt ist und die Auswirkungen von Änderungen der Randbedingungen vom bodenmechanischen Bearbeiter numerisch gelöst oder aus den Kennlinienfeldern entnommen werden (9, 10) können.In a conventional implementation of the passive compression tests to determine the apparent fracture behavior, this causes delays, since the specifications of the soil mechanic must first be awaited in the laboratory. If the specifications change after the passive compression tests have been carried out during processing, conventional processing has the disadvantage that estimates have to be used or the passive compression tests have to be repeated with the new initial conditions. When using the method according to the invention, these problems no longer occur in an advantageous manner, since the fracture deformation of loose rock is known and the effects of changes in the boundary conditions are solved numerically by the soil mechanic or taken from the characteristic curves ( 9 , 10 ) be able.

Weiterhin vereinfacht sich in vorteilhafter Weise die Versuchsauswertung sowie die Auslieferung der Versuchsergebnisse, da alle gesuchten Informationen zur Bruchdeformation eines Lockergesteins in vorteilhafter Weise - wie erläutert - in den Koeffizienten von Gleichung 4 enthalten sind.Furthermore, the evaluation of the test and the delivery of the test results are simplified in an advantageous manner, since all the information sought on the fracture deformation of loose rock is contained in the coefficients of equation 4 in an advantageous manner--as explained.

Zusammenstellung der verwendeten Gleichungen: O C R = σ ' 1 max σ ' 1

Figure DE102021104108B3_0013
O C R g r = σ ' 1 g r σ ' 1 = E g r ( ln ( n n g r 0 ) ) 1 c e g r σ ' 1
Figure DE102021104108B3_0014
K ' 2 = σ ' 1,2 σ ' 3,2
Figure DE102021104108B3_0015
ε ƒ = c e n t p r K ' 2 K 0,2 ln ( σ ' 1,2 + p r p r ) σ ' 1,2 + p r + e ( ε n e ( n a ,2 2 ε K S r ) ( n g r 0 n 2 ) ε Δ n ( K ' 2 K 0,2 ) ε k O C R g r 2 ε O C R 1 )
Figure DE102021104108B3_0016
n a ,2 = n 2 ( 1 S r 2 )
Figure DE102021104108B3_0017
n 2 = n 2,0 c e n t ln ( σ ' 1 + p r p r )
Figure DE102021104108B3_0018
σ ' 1, e ƒ = γ e ƒ z G W S
Figure DE102021104108B3_0019
Compilation of the equations used: O C R = σ ' 1 Max σ ' 1
Figure DE102021104108B3_0013
O C R G right = σ ' 1 G right σ ' 1 = E G right ( ln ( n n G right 0 ) ) 1 c e G right σ ' 1
Figure DE102021104108B3_0014
K ' 2 = σ ' 1.2 σ ' 3.2
Figure DE102021104108B3_0015
e ƒ = c e n t p right K ' 2 K 0.2 ln ( σ ' 1.2 + p right p right ) σ ' 1.2 + p right + e ( e n e ( n a ,2 2 e K S right ) ( n G right 0 n 2 ) e Δ n ( K ' 2 K 0.2 ) e k O C R G right 2 e O C R 1 )
Figure DE102021104108B3_0016
n a ,2 = n 2 ( 1 S right 2 )
Figure DE102021104108B3_0017
n 2 = n 2.0 c e n t ln ( σ ' 1 + p right p right )
Figure DE102021104108B3_0018
σ ' 1, e ƒ = g e ƒ e.g G W S
Figure DE102021104108B3_0019

Bezugszeichenlistereference list

Allgemeine Spannungsindizes:

'
wirksam (totale Spannung abzüglich Porenwasserdruck)
1
größte Hauptspannung
3
kleinste Hauptspannung
Allgemeine Zustandsindizes:
0
in situ Ablagerungszeitpunkt des Lockergesteins, im Versuch Einbauzustand, spannungsfrei (σ ≈ 0); bei Spannungsverhältnissen K in situ Erdruhedruckbedingungen, im Versuch behinderte Seitendehnung
1
erdfeuchter Zustand, in situ vor Aufgang des Grundwassers, im Versuch vor Aufsättigung der Probe mit Wasser
2
in situ Zustand des wassergesättigten Lockergesteins, im Versuch vor Beginn der Stauchung
f
Bruchzustand
Allgemeine Bezugsindizes:
gr
Zustand der lockersten möglichen Lagerung
max
Maximum in der Lockergesteinsgenese
GWS
Grundwasserstand
General stress indices:
'
effective (total stress minus pore water pressure)
1
greatest principal stress
3
smallest principal stress
General condition indices:
0
in situ deposition time of the loose rock, in the test installed condition, stress-free (σ ≈ 0); at stress ratios K in situ earth pressure conditions at rest, in the experiment restrained lateral strain
1
Earth-moist condition, in situ before the groundwater rises, in the test before the sample was saturated with water
2
In situ condition of the water-saturated loose rock, in the test before the start of compression
f
state of fracture
General Reference Indexes:
big
State of the loosest possible storage
Max
Maximum in the soft rock genesis
GWS
groundwater level

Aufeinanderfolge Zahlenindizes werden bei Verkettung durch ein Komma getrennt. Bei Spannungen σ..,... werden zuerst die allgemeinen Spannungsindizes und anschließend die allgemeinen Zustandsindizes angegeben.

σ'1,2
größte wirksame Hauptspannung des wassergesättigten Lockergesteins
σ'3,2
kleinste wirksame Hauptspannung vor der passiven Stauchung
σ'1gr
für aktuellen Porenanteil die größtmögliche größte wirksame Hauptspannung
σ'1
größte wirksame Hauptspannung
σ'3
kleinste wirksame Hauptspannung
σ3
kleinste totale Hauptspannung
σ'1max
Maximalwert der größten wirksamen Hauptspannung im Versuch oder in situ während der Lockergesteinsgenese
σ'1,2,GWS
in situ größte wirksame Hauptspannung auf Höhe des Grundwasserspiegels
n
Porenanteil
n0
Anfangsporenanteil (im Versuch Einbauporenanteile, in situ Schüttporenanteil)
n2
Porenanteil des wassergesättigten Lockergesteins
n2,0
lagerungsspezifischer Porenanteil des wassergesättigten Lockergesteins bei vollständiger Entlastung
na,2
Luftporenanteil des wassergesättigten Lockergesteins
na
Luftporenanteil
ngr0
maximaler Porenanteil des erdfeuchten Materials im spannungsfreien Zustand
Sr
Sättigungszahl
Sr0
in situ Sättigungszahl direkt unterhalb des Grundwasserspiegels bei einem Porenwasserduck von 0 kPa, im Versuch direkt nach Aufsättigung der Bodenproben mit Wasser
Sr2
in situ Sättigungszahl unterhalb des Grundwasserspiegels bei Porenwasserdrücken > 0 kPa, im Versuch Sättigungszahlen nach der Aufsättigung (z.B. nach weiteren Konsolidierungen, Porenwasserdruckerhöhungen usw.)
OCR
auf σ'1max bezogener Überkonsolidierungsgrad
OCRgr
auf die bei dem Porenanteil n größtmögliche Hauptspannung σ'1gr bezogener Überkonsolidierungsgrad
OCRgr2
auf die bei dem Porenanteil n2 größtmögliche Hauptspannung σ'1gr bezogener Überkonsolidierungsgrad
K0
Erdruhedruckbeiwert
K0,2
Erdruhedruckbeiwert des wassergesättigtes Lockergesteins
K'2
Hauptspannungsverhältnis des wassergesättigten Lockergesteins
εf
auf den Stauchungsbeginn bezogene Bruchdeformation
εf,reg
Schätzwert der auf den Stauchungsbeginn bezogenen Bruchdeformation
ε
bezogene Deformation
εn
materialspezifischer Koeffizient der Gleichung 4
εOCR
materialspezifischer Koeffizient der Gleichung 4
εk
materialspezifischer Koeffizient der Gleichung 4
εKSr
materialspezifischer Koeffizient der Gleichung 4
εΔn
materialspezifischer Koeffizient der Gleichung 4
t
Scherspannung
u
Porenwasserdruck
cent
materialspezifische Konstante des Entlastungsverhaltens
pr
Referenzspannung Entlastungsverhalten
GWS
Grundwasserstand allgemein
zGWS
Grundwasserflurabstand
γef
erdfeuchte Überdeckung
Consecutive number indices are separated by a comma when concatenated. For stresses σ..,... the general stress indices are given first and then the general state indices.
σ'1.2
greatest effective principal stress of the water-saturated loose rock
σ'3.2
smallest effective principal stress before passive compression
σ'1gr
the largest possible effective principal stress for the current porosity
σ'1
largest effective principal stress
σ'3
smallest effective principal stress
σ3
smallest total principal stress
σ'1max
Maximum value of the largest effective principal stress in the test or in situ during the formation of loose rock
σ'1,2,GWS
in situ greatest effective principal stress at groundwater level
n
porosity
n0
Initial porosity (in the test built-in porosity, in situ bulk porosity)
n2
Percentage of pores in the water-saturated loose rock
n2.0
storage-specific pore fraction of the water-saturated loose rock with complete relief
well, 2
Percentage of air voids in the water-saturated loose rock
n / A
air entrainment
ngr0
Maximum porosity of the earth-moist material in the stress-free state
sir
saturation number
Sr0
in situ saturation number directly below the groundwater level at a pore water pressure of 0 kPa, in the test directly after saturation of the soil samples with water
Sr2
in situ saturation number below the groundwater table at pore water pressures > 0 kPa, in the experiment saturation numbers after saturation (e.g. after further consolidation, pore water pressure increases, etc.)
OCR
Degree of overconsolidation related to σ' 1max
OCRgr
degree of overconsolidation related to the largest possible main stress σ' 1gr for the porosity n
OCRgr2
degree of overconsolidation related to the largest possible main stress σ' 1gr for the porosity n 2
K0
earth pressure coefficient
K0.2
Resting earth pressure coefficient of the water-saturated loose rock
K'2
Main stress ratio of the water-saturated loose rock
εf
fracture deformation related to the start of compression
εf,reg
Estimate of the fracture deformation related to the onset of compression
e
related deformation
on
material-specific coefficient of equation 4
εOCR
material-specific coefficient of equation 4
εk
material-specific coefficient of equation 4
εKSr
material-specific coefficient of equation 4
εΔn
material-specific coefficient of equation 4
t
shear stress
and
pore water pressure
cent
material-specific constant of the unloading behavior
per
Reference voltage relief behavior
GWS
groundwater level in general
zGWS
Depth to groundwater
γef
earth-moist covering

Claims (2)

Verfahren zur Bestimmung des Bruchdeformationsverhaltens eines vorzugsweise kohäsionslosen, kontraktilen, wassergesättigten Lockergesteins, wobei mittels eines statischen Triaxialgerätes undränierte passive Stauchungsversuche an mehreren Teilproben einer Lockergesteinsprobe, die sich hinsichtlich ihrer Anfangsbedingungen wirksames Hauptspannungsverhältnis (K'2), größte wirksame Hauptspannung (σ'1,2), Porenanteil (n2) und Luftporenanteil (na,2) vor dem jeweiligen undränierten passiven Stauchungsversuch voneinander unterscheiden, mit folgenden Schritten: a) Ermitteln der das Entlastungsverhalten der Lockergesteinsprobe beschreibenden materialspezifischen Konstante (cent) aus den Messwerten von Entlastungsphasen der Teilproben in mittels des Triaxialgerätes durchgeführten Entlastungsversuchen, b) Bestimmen des Erdruhedruckverhaltens der Lockergesteinsprobe aus Messwerten, die an den Teilproben in Konsolidierungsphasen der Triaxialversuche bei behinderter Seitendehnung vor den undränierten passiven Stauchungsversuchen durchgeführt werden und Ermitteln der Erdruhedruckbeiwerte (K0,2), c) Bestimmen der Koeffizienten (ngr0, Egr, cegr) des spannungsabhängigen Grenzlagerungszustands der Teilproben der Lockergesteinsprobe aus den Parameter-Daten (n1, σ1) in mittels des Triaxialgerätes durchgeführten Konsolidierungsversuchen, d) Ermitteln der zugehörigen Überkonsolidierungszahlen (OCRgr2) und des maximalen Porenanteils (ngr0) des erdfeuchten Materials im spannungsfreien Zustand bei lockerster Lagerung des erdfeuchten Materials für die jeweiligen Anfangsbedingungen in den undränierten passiven Stauchungsversuchen, e) Durchführen von undränierten passiven Stauchungsversuchen an den Teilproben der Lockergesteinsprobe, wobei die Anfangsbedingungen sowie die Bruchdeformation (εf) gemessen werden, und Ermitteln des Hauptspannungsverhältnisses (K'2) und des Luftporenanteil (na,2) in Abhängigkeit der Anfangsbedingungen, f) Berechnen der Koeffizienten aus den gewonnenen Messwerten nach einer Gleichung (4) der allgemeinen Form Ef = f (K'2, σ'1,2, n2, na,2) für die auf den Stauchungsbeginn bezogenen Bruchdeformationen (εf). Method for determining the fracture deformation behavior of a preferably non-cohesive, contractile, water-saturated loose rock, whereby a static triaxial device is used to conduct undrained passive compression tests on several sub-samples of a loose rock sample which, with regard to their initial conditions, are effective principal stress ratio (K' 2 ), greatest effective principal stress (σ' 1.2 ), proportion of pores (n 2 ) and proportion of air voids (n a,2 ) before the respective undrained passive compression test, with the following steps: a) Determination of the material-specific constant (c ent ) describing the relief behavior of the loose rock sample from the measured values of relief phases of the sub-samples in unloading tests carried out using the triaxial device, b) determination of the earth pressure behavior at rest of the loose rock sample from measured values, which were taken on the sub-samples in consolidation phases of the triaxial tests with impeded lateral expansion before the un drained passive compression tests are carried out and determination of the earth pressure coefficients (K 0 , 2 ), c) determination of the coefficients (n gr0 , E gr , c egr ) of the stress-dependent boundary storage condition of the sub-samples of the loose rock sample from the parameter data (n 1 , σ 1 ) in consolidation tests carried out using the triaxial device, d) determining the associated overconsolidation numbers (OCR gr2 ) and the maximum proportion of pores (n gr0 ) of the earth-moist material in the stress-free state with the loosest storage of the earth-moist material for the respective initial conditions in the undrained passive compression tests, e) conducting of undrained passive compression tests on the sub-samples of the loose rock sample, whereby the initial conditions and the fracture deformation (ε f ) are measured, and determination of the principal stress ratio (K' 2 ) and the proportion of air voids (n a,2 ) depending on the initial conditions, f) calculation of the coefficients from the measured values obtained according to an equation (4) of the general form Ef = f (K' 2 , σ' 1,2 , n 2 , n a,2 ) for the fracture deformations (ε f ) related to the start of compression. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Stauchungsbeginn bezogenen Bruchdeformationen (Ef) der Teilproben der Lockergesteinsprobe mit der Gleichung (4) ε ƒ = c e n t p r K ' 2 K 0,2 ln ( σ ' 1,2 + p r p r ) σ ' 1,2 + p r + e ( ε n e ( n a ,2 2 ε K S r ) ( n g r 0 n 2 ) ε Δ n ( K ' 2 K 0,2 ) ε k O C R g r 2 ε O C R 1 )
Figure DE102021104108B3_0020
berechnet werden, wobei die Gleichungskoeffizienten (εn, εOCR, εk, εKSRr und εΔn) aus den im Bruchzustand (f) gemessenen Bruchdeformationen (Ef) für die Anfangsbedingungen der jeweiligen undränierten passiven Stauchungsversuche unter Verwendung der materialspezifischen Konstante (Cent) des Entlastungsverhaltens unter Berücksichtigung (pr) einer Referenzspannung des Entlastungsverhaltens und des maximalen Porenanteils (ngr0) des erdfeuchten Materials im spannungsfreien Zustand sowie den zu den Anfangsbedingungen gehörenden Werten der Überkonsolidierungszahl (OCRgr) und des Erdruhedruckbeiwertes (K0,2) berechnet werden, wobei die Gleichungskoeffizienten (εn, εOCR, εk, εKSRr und εΔn) Materialkonstanten sind, welche die Abhängigkeit der Bruchdeformation (εf) von den Anfangsbedingungen beschreiben.
procedure after claim 1 , characterized in that the fracture deformations (Ef) related to the start of compression of the sub-samples of the loose rock sample are calculated with equation (4) e ƒ = c e n t p right K ' 2 K 0.2 ln ( σ ' 1.2 + p right p right ) σ ' 1.2 + p right + e ( e n e ( n a ,2 2 e K S right ) ( n G right 0 n 2 ) e Δ n ( K ' 2 K 0.2 ) e k O C R G right 2 e O C R 1 )
Figure DE102021104108B3_0020
are calculated, whereby the equation coefficients (ε n , ε OCR , ε k , ε KSRr and ε Δn ) are calculated from the fracture deformations (Ef) measured in the fracture state (f) for the initial conditions of the respective undrained passive compression tests using the material-specific constant (C ent ) of the unloading behavior taking into account (p r ) a reference stress of the unloading behavior and the maximum porosity (n gr0 ) of the earth-moist material in the stress-free state as well as the values of the overconsolidation number (OCR gr ) and the earth pressure coefficient (K 0 , 2 ) belonging to the initial conditions where the equation coefficients (ε n , ε OCR , ε k , ε KSRr and ε Δn ) are material constants which describe the dependence of the fracture deformation (ε f ) on the initial conditions.
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