DE102021123725B4 - Verfahren zur Bestimmung des wirksamen Bruchverhaltens kohäsionsloser kontraktiler Lockergesteine bei undränierter Stauchung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des wirksamen Bruchverhaltens eines vorzugsweise kohäsionslosen, kontraktilen, wassergesättigten Lockergesteins, wobei mittels eines statischen Triaxialgerätes undränierte passive Stauchungsversuche an mehreren Teilproben einer Lockergesteinsprobe, die sich hinsichtlich ihrer Anfangskennwerte (K'2, Sr2, n2), dem wirksamen Hauptspannungsverhältnis (K'2), der Sättigungszahl (Sr2) und dem Porenanteil (n2) vor dem jeweiligen undränierten passiven Stauchungsversuch voneinander unterscheiden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:a) Bestimmen der wirksamen Hauptspannungsverhältnisse (K'2) der Teilproben vor den undränierten passiven Stauchungsversuchen an den Teilproben der Lockergesteinsprobe,b) Durchführen von undränierten passiven Stauchungsversuchen an den Teilproben der Lockergesteinsprobe und während der undränierten passiven Stauchungsversuche Bestimmen der wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisse (K'f) sowie der scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnisse (Ku,f) und der Bruchdeformationen (εf) zum Bruchzeitpunkt der Teilproben,c) Berechnen der Koeffizienten der wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisse (K'f) aus den Messwertequadrupeln (K'f, K'2, Ku,f, εf) der zum Bruchzeitpunkt im Bruchzustand gemessenen wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnissen (K'f) nach einer Gleichung der Form K'f= f (K'2, Ku,f, εf).

Description

• Anwendungsgebiet der Erfindung ist in der bodenmechanischen Laborversuchstechnik die Bestimmung des vom wirksamen (Konsolidierungs-)Hauptspannungsverhältnis K'₂, dem scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnis K_u,f und der Bruchdeformation ε_f abhängigen wirksamen Bruchverhaltens von kohäsionslosen, kontraktilen Lockergesteinen. Der Geltungsbereich des Verfahrens beschränkt sich auf Spannungsbereiche, in denen Kornzertrümmerungen noch nicht auftreten.
• Als Stand der Technik werden folgende Veröffentlichung genannt: Verfasser: HUTH, Hans-Volker: „Modellierung des zyklischen Materialverhaltens von Lockergestein“. Veröffentlicht in: Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau, Nr. 72, 1995, S. 10-20. URL: https:/izw.baw.de/publikationen/mitteilungsblaetter/0/mb72_Huth.pdf und Verfasser: ENGEL, Jens: „Berechnungskennwerte feinkörnig-bindiger, gesättigter Böden-Näherungsverfahren“. Veröffentlicht in: Bautechnik, Vol. 79, 2002, No. 3, S. 167-177.
• Die Eigenschaften eines Lockergesteins werden mit material- und zustandsbeschreibenden Kennzahlen beschrieben.
• Den Lagerungszustand beschreiben der Porenanteil n und die Sättigungszahl S_r. 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).
• Stauchung ist die Längenänderung einer Lockergesteinsprobe unter Druckbelastung.
• 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.
• 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 nach viel größeren Deformationen wieder ansteigen, dieses Verhalten gehört aber nicht mehr zum Bruchverhalten.
• „Scheinbar“ und „wirksam“ sind die Bezeichnungen von Bezugssystemen in der Bodenmechanik.
• Das Bezugssystem „scheinbar“ ist dadurch gekennzeichnet, dass scheinbare Spannungen als Spannungsbezug für die Ermittlung von Festigkeitskenngrößen (insb. Reibungswinkel) genutzt werden. Scheinbare Spannungen ergeben sich aus den Gesamtspannungen (totalen Spannungen) im Boden abzüglich der statischen Porenwasserdrücke.
• Im Versuch werden die vor der passiven Stauchung eingestellten statischen Porenwasserdrücke als „Back Pressure“ bezeichnet. Bei der Bestimmung scheinbarer Spannungen werden die sich zwischen Konsolidierung und Bruch in einer Probe entwickelnden Porenwasserüberdrücke nicht abgezogen.
• Das Bezugssystem „wirksam“ ist dadurch gekennzeichnet, dass wirksame Spannungen als Spannungsbezug für die Ermittlung von Festigkeitskenngrößen (insb. Reibungswinkel) genutzt werden.
• 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 PWÜD.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, welches die nachfolgend noch erläuterten Nachteile zur Bestimmung des wirksamen Bruchverhaltens von Lockergesteinen vermeidet.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.
• Mit der vorliegenden Erfindung wird, kurz gesagt, ein Prüfverfahren geschaffen werden, dessen Ergebnisse das wirksame Bruchverhalten von kohäsionslosen kontraktilen Lockergesteinen in Abhängigkeit von deren Anfangshauptspannungsverhältnis K'₂, scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnissen K_u,f und Bruchdeformationen ε_f beschreiben.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert:
• Das totale Bezugssystem:
• Im totalen Bezugssystem (vergleiche 1) werden nur die totalen Spannungen gemessen. Der Spannungsweg einer passiven Stauchung im totalen Bezugssystem beginnt am Punkt t_Kons, s₂. Ausgehend von diesem Punkt wird der „totale“ Bruch t_f, s_f erreicht. Nach Überschreiten des Bruchs fällt die Festigkeit auf die Restfestigkeit t_R, s_R ab. Die Neigung der geraden Linie des erläuterten totalen Spannungsweges im s/t-Diagramm des totalen Bezugssystems beträgt 45°. Für praktische Anwendungen ist das totale Bezugssystem nicht sehr gut geeignet. Je nach statischem Porenwasserdruck, im Versuch der sogenannte „Back Pressure“, verschiebt sich der totale Spannungsweg entlang der Abszisse gemäß 1 nach links. Damit werden im totalen Bezugssystem berechnete Reibungswinkel von der Höhe des statischen Porenwasserdrucks abhängig. Die Festigkeit ist dagegen von der Höhe des statischen Porenwasserdruckes unabhängig. Das erschwert die Anwendung von im totalen Bezugssystem berechneten Reibungswinkeln für die gewünschten Standsicherheitsberechnungen, da ein solcher Reibungswinkel nur für genau einen Lagerungs- und Spannungszustand bei nur genau einem statischen Porenwasserdruck gilt.
• Das wirksame Bezugssystem:
• Im wirksamen Bezugssystem (vergleiche 1) wird von den totalen Spannungen sowohl der statische Porenwasserdruck als auch der Porenwasserüberdruck subtrahiert. Der Spannungsweg einer passiven Stauchung im wirksamen Bezugssystem beginnt am Punkt t_Kons, s'₂. Ausgehend von diesem Punkt wird der „wirksame“ Bruch t_f, s'_f erreicht. Nach Überschreiten des Bruchs fällt die Festigkeit auf die Restfestigkeit t_R, s'_R ab. Es wird aus 1 deutlich, dass der wirksame Spannungsweg im s/t-Diagramm des wirksamen Bezugssystems eine Kurve und nicht wie im totalen Bezugsystem eine Gerade ist. Für die praktische Anwendung, das heißt in den Standsicherheitsberechnungen ist bei Verwendung von in diesem wirksamen Bezugssystem berechneten Reibungswinkeln die Kenntnis sowohl des statischen Porenwasserdruckes als auch des sich infolge einer Stauchung entwickelnden Porenwasserüberdruckes notwendig.
• Das scheinbare Bezugssystem:
• Im weiteren scheinbaren Bezugssystem (vergleiche 1) wird von den totalen Spannungen der statische Porenwasserdruck (also nicht der Porenwasserüberdruck, wie im wirksamen Bezugssystem) subtrahiert. Der Spannungsweg einer passiven Stauchung im scheinbaren Bezugssystem beginnt ebenfalls am Punkt t_Kons, s'₂. Ausgehend von diesem Punkt wird der „scheinbare“ Bruch t_f, s_u,f erreicht. Nach Überschreiten des Bruchs fällt die Festigkeit auf die Restfestigkeit tR, su,R ab. Die Neigung der geraden Linie des erläuterten scheinbaren Spannungsweges im s/t-Diagramm des scheinbaren Bezugssystems beträgt analog zu dem totalen Bezugssystem 45°.
• Im scheinbaren Bezugssystem berechnete Reibungswinkel sind von der Höhe des statischen Porenwasserdruckes unabhängig. Die Kenntnis der sich infolge Stauchung entwickelnden Porenwasserüberdrücke ist gegenüber dem wirksamen Bezugssystem in vorteilhafter Weise nicht notwendig.
• Das vorliegende Verfahren beschreibt die Messung der Abhängigkeit des Bruchverhaltens im wirksamen Bezugssystem von folgenden unabhängigen Größen, dem wirksamen Hauptspannungsverhältnis, der Bruchdeformation und dem scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnis.
• Unter - wassergesättigt - wird gemäß der nachfolgenden Beschreibung verstanden, dass eventuell im Boden noch verbliebene Gasanteile durch das Porenwasser von der Atmosphäre getrennt sind.
• Gleichung 1 zeigt zunächst die Definition des wirksamen Hauptspannungsverhältnisses K'₂ zu Beginn der passiven Stauchung. $$K_2^{\text{'}}=\frac{{\sigma }_{\mathrm{1,2}}^{\text{'}}}{{\sigma }_{\mathrm{3,2}}^{\text{'}}}$$

  
• Das wirksame Hauptspannungsverhältnis K'₂ zu Beginn der passiven Stauchung 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.
• Gleichung 2 zeigt die Definition des scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnisses K_u,f. $$K_{u,ƒ}=\frac{{\sigma }_{1u,ƒ}}{{\sigma }_{3u,ƒ}}$$

  
• Das scheinbare Bruchhauptspannungsverhältnis K_u,f ist das Verhältnis von der größten scheinbaren Bruchhauptspannung σ_1u,f zur kleinsten scheinbaren Bruchhauptspannung σ_3u,f.
• Gleichung 3 zeigt die Definition des wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisses K'_f. Das wirksame Bruchhauptspannungsverhältnis K'_f ist das Verhältnis von der größten wirksamen Bruchhauptspannung σ'_1f zur kleinsten wirksamen Bruchhauptspannung σ'_3f. $$K{\text{'}}_{ƒ}=\frac{{\sigma }_{1ƒ}^{\text{'}}}{{\sigma }_{3ƒ}^{\text{'}}}$$

  
• Gleichung 4 zeigt die Definition des wirksamen Bruchreibungswinkels ϕ*'_f. Der wirksame Bruchreibungswinkel ϕ*'_f ist das Verhältnis der Bruchfestigkeit t_f zur mittleren wirksamen Bruchhauptspannung s'_f. $$\phi *{\text{'}}_{ƒ}=\frac{t_{ƒ}}{s{\text{'}}_{ƒ}}$$

  
• Das Symbol * gibt an, dass ein Reibungswinkel unter Annahme einer Kohäsion c = 0 bestimmt wurde.
• Gleichung 5 zeigt, wie der wirksame Bruchreibungswinkel ϕ*'_f aus dem wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnis K'_f berechnet werden kann. $$\phi *{\text{'}}_{ƒ}=\text{arcsin}\left(\frac{1-K{\text{'}}_{ƒ}}{1+K{\text{'}}_{ƒ}}\right)$$

  
• Gemäß der nachfolgend noch weiter erläuterten Vorgehensweise wird das wirksame Bruchhauptspannungsverhältnis K'_f als Zielgröße bestimmt und nicht der wirksame Bruchreibungswinkel ϕ'_f beziehungsweise der Sinus des wirksamen Bruchreibungswinkels sinϕ'_r.
• Bei einer Bestimmung eines wirksamen Bruchreibungswinkels ϕ'_f würde eine Festlegung auf das Stoffmodell nach Mohr-Coulomb erfolgen.
• Bei dem Stoffmodell nach Mohr-Coulomb gibt es zwei Unbekannte des wirksamen Bruchfestigkeitsverhaltens (wirksamer Bruchreibungswinkel ϕ'_f und wirksame Bruchkohäsion c'_f).
• Bei einer Bestimmung von wirksamem Bruchreibungswinkel ϕ'_f und wirksamer Bruchkohäsion c'_f aus einem Versuch ergäben sich unendlich viele mögliche Kombinationen von ϕ'_f und c'_f und damit kein eindeutiges Ergebnis.
• Die Bestimmung des wirksamen Bruchreibungswinkels wäre nur bei Annahme eines Wertes der wirksamen Bruchkohäsion (z.B. c'_f = 0) möglich. Die wirksame Bruchkohäsion könnte somit nicht bestimmt werden. Bei einer Bestimmung des wirksamen Bruchreibungswinkels müsste zudem die nichtlineare Sinusfunktion mitberücksichtigt werden.
• Als Zielgröße wird daher das wirksame Bruchhauptspannungsverhältnis K'_f bestimmt.
• Damit werden die Nachteile einer Bestimmung des wirksamen Bruchreibungswinkels ϕ_u,f vermieden.
• Als Versuchsapparatur zur Messung des wirksamen Bruchverhaltens dient das statische Triaxialgerät. Passive Stauchungsversuche werden zur Bestimmung des wirksamen Bruchverhaltens des zu untersuchenden Lockergesteins durchgeführt.
• Die bekannten Versuchstechnologien für die Durchführung der Versuche im statischen Triaxialgerät sind darauf ausgerichtet, aus mehreren Einzelversuchen mit einheitlichen Anfangsbedingungen (Anfangskennwerte) eine Schergerade in einem Normalspannungs-Scherspannungs-Diagramm entsprechend dem Festigkeitskriterium nach Mohr-Coulomb zu erzeugen.
• Diese Schergerade gilt nur für die definierten Anfangskennwerte, z.B. eine definierte Sättigungszahl S_r2, einen definierten Porenanteil n₂ und ein definiertes wirksames Hauptspannungsverhältnis K'₂.
• Um Schergeraden für unterschiedliche Anfangszustände zu bestimmen, muss nach dem Stand der Technik für jede mögliche Kombination von Anfangskennwerten eine Reihe von Einzelversuchen gefahren werden. Die Anzahl der erforderlichen Versuche für die Bestimmung von Schergeraden für alle möglichen vorkommenden Anfangszustände einer Probe ist sehr groß und verbietet sich in der Regel aus ökonomischen Gründen.
• Ein Verfahren für die Ermittlung von Kurvenscharen von Schergeraden in Abhängigkeit unterschiedlicher Anfangskennwerte aus wenigen Versuchen gibt es nach dem Stand der Technik nicht.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Abhängigkeit des wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisses K'_f von den unabhängigen Größen wirksame Konsolidierungshauptspannungen, Porenanteil, Sättigungszahl, Überkonsolidierungszustand und wirksames Hauptspannungsverhältnis nicht direkt bestimmt, sondern als Abweichung vom scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnis K_u,f.
• Die Abhängigkeit des wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisses K'_f von den unabhängigen Größen wirksame Konsolidierungshauptspannungen, Porenanteil, Sättigungszahl und Überkonsolidierungszustand und wirksames Hauptspannungsverhältnis ist indirekt über die Abhängigkeit des scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnisses K_u,f von den eben genannten unabhängigen Größen gegeben, wie nachfolgend erläutert wird.
• Zu dem Verfahren zur Bestimmung des scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnisses K_u,f von kohäsionslosen kontraktilen Lockergesteinen bei undränierter Stauchung wird auf die Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2021 109 523 A1 verwiesen.
• Erfindungsgemäß lassen sich in vorteilhafter Weise Abweichungen des wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnis vom scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnis in Abhängigkeit von der Bruchdeformation und dem wirksamen Hauptspannungsverhältnis vor einer passiven Stauchung feststellen.
• Dabei ist zu berücksichtigen, dass sowohl das scheinbare Bruchhauptspannungsverhältnis als auch die Bruchdeformation von den unabhängigen Größen wirksame Konsolidierungshauptspannungen, Porenanteil, Sättigungszahl, Überkonsolidierungszustand und wirksames Hauptspannungsverhältnis abhängig sind.
• Das heißt, die Abweichungen des wirksamen des Bruchhauptspannungsverhältnisses vom scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnisses sind vom scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnis und von der Bruchdeformation abhängig.
• Das heißt weiter, dass zudem noch Abhängigkeiten der Abweichungen des wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisses vom scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnis vom wirksamen Hauptspannungsverhältnis vorhanden und zu beachten sind.
• Funktionen der allgemeinen Form K'_f = f (K'₂, K_u,f, ε_f) genügen der Forderung, das wirksame Bruchverhalten eines Lockergesteins beschreiben zu können.
• Eine konkrete vorteilhafte Form der Ausbildung der aufgeführten allgemeinen Funktion stellt Gleichung 6 dar. $$K{\text{'}}_{ƒ}=K{\text{'}}_{ƒ}\left(K{\text{'}}_2,{\epsilon }_{ƒ},K_{u,ƒ}\right)=K_{u,ƒ}+k_{w1}\ast \frac{e^{\left(\frac{K{\text{'}}_2-1}{k_{w2}}\right)}}{e^{\left(\frac{k_{w3}}{In\left({\epsilon }_{ƒ}\right)}\right)}}$$

  
• Zur Bestimmung der Koeffizienten von Gleichung 6 werden mit Proben des zu untersuchenden Lockergesteins mehrere undränierte passive Stauchungsversuche gefahren.
• Das Verfahren zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
• Schritt a):
• Zu Beginn werden vor den undränierten passiven Stauchungsversuchen an den Teilproben der Lockergesteinsprobe die wirksamen Hauptspannungsverhältnisse (K'₂) gemessen.
• Schritt b):
• Während der undränierten passiven Stauchungsversuche werden zum Bruchzeitpunkt die wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisse (K'_f) sowie die scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnisse (K_u,f) und die Bruchdeformationen (ε_f) der Teilproben im Bruchzustand in den undränierten passiven Stauchungsversuchen bestimmt.
• Schritt c):
• Aus den Messwertequadrupeln (K'_f, K'₂, K_u,f, ε_f) werden schließlich die Koeffizienten des die Abhängigkeit des wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisses (K'_f) beschreibenden Gleichung 6 der Form K'_f = f (K'₂, K_u,f, ε_f) berechnet.
• Es wird deutlich, dass das in dieser Patentanmeldung beschriebene Verfahren zur Bestimmung des wirksamen Bruchverhaltens und somit das Verfahrensergebnis dieses Verfahrens die gleichzeitige Durchführung der Verfahren „scheinbares Bruchhauptspannungsverhältnis“ und „Bruchdeformation“ an den Teilproben während der passiven Stauchungsversuche erfordert.
• Die Bestimmung des „scheinbares Bruchhauptspannungsverhältnisses“ ist im Detail, wie oben bereits erwähnt, in der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2021 109 523 A1 erläutert.
• Das Verfahren zur Bestimmung des Bruchdeformationsverhaltens, auf dessen Offenbarungsgehalt hier ebenfalls Bezug genommen wird, ist in der Patentanmeldung DE 10 2021 104 108 A1 erläutert.
• Unter Berücksichtigung, der in den zuvor genannten Patentanmeldungen ermittelten Werte K'_f, K_u,f, ε_f, σ'₁, n₂, S_r2, OCR_gr2 lässt sich erfindungsgemäß die Abhängigkeit des wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisses K'_f über die Abhängigkeiten des scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnisses K_u,f und der Bruchdeformation ε_f von der wirksamen Hauptspannung σ'₁ dem Porenanteil n₂, der Sättigungszahl S_r2 und der Überkonsolidierungszahl OCR_gr2 auf die Abhängigkeit von der wirksamen Hauptspannung σ'₁, dem Porenanteil n₂, der Sättigungszahl S_r2 und der Überkonsolidierungszahl OCR_gr2 zurückführen.
• Das Verfahren bietet dem Anwender somit gegenüber der konventionellen Herangehensweise der Laborversuchsergebnisse in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, das wirksame Bruchverhalten für die Anfangszustände K'₂, K_u,f, ε_f der passiven Stauchung einer Probe zu bestimmen, für die keine Laborversuche durchgeführt wurden.
• Anhand eines Ausführungsbeispiels wird das erfindungsgemäße Verfahren und die Anwendung seiner Ergebnisse nachfolgend noch näher erläutert.
• Aus der Kippe eines Tagebaus wird aus einer zu untersuchenden Kippscheibe eine Lockergesteinsprobe entnommen, die repräsentativ für die am Kippscheibenaufbau beteiligten Lockergesteine ist.
• Mit dem Material dieser Lockergesteinsprobe werden im statischen Triaxialgerät eine Reihe (zweckmäßigerweise je nach Verteilung der Messwerte beispielsweise zehn) passive Stauchungsversuche durchgeführt.
• Die zustandsbeschreibenden Parameter zu Beginn der passiven Stauchung (wie beispielsweise wirksame Hauptspannungsverhältnisse, Porenanteile, Sättigungszahlen (K'₂, n₂, S_r)) sind in jedem passiven Stauchungsversuch unterschiedlich und sollen über möglichst weite Wertebereiche variiert werden.
• An einem verkippten schwach schluffigen Sand soll beispielhaft das wirksame Bruchverhalten 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

• Mit diesem Sand wurden insgesamt zehn passive Stauchungsversuche mit unterschiedlichen Porenanteilen nach der Konsolidierung n₂ durchgeführt, die bei behinderter Seitendehnung gemäß Tabelle 1, wie folgt belastet wurden:
• Nach Abschluss der undränierten passiven Stauchungsversuche werden aus den gemessenen wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnissen K'_f, den gemessenen wirksamen Hauptspannungsverhältnissen vor der passiven Stauchung K'₂, den gemessenen scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnissen K_u,f und den gemessenen Bruchdeformationen ε_f die Koeffizienten von Gleichung 6 berechnet.
$$K{\text{'}}_{ƒ}=K{\text{'}}_{ƒ}\left(K{\text{'}}_2,{\epsilon }_{ƒ},K_{u,ƒ}\right)=K_{u,ƒ}+k_{w1}\ast \frac{e^{\left(\frac{K{\text{'}}_2-1}{k_{w2}}\right)}}{e^{\left(\frac{k_{w3}}{\text{In}\left({\epsilon }_{ƒ}\right)}\right)}}$$

• Die Zahlenwerte in den 3 bis 6 und den Tabellen 1 bis 3 gelten nur für die beispielhafte Bodenprobe.
• Tabelle 1 zeigt, wie erwähnt, die Messwerte der passiven Stauchungsversuche σ_1,2, σ'_3,2, ε_f, σ_1f,u, σ_3f,u, σ'_1f, σ'_3f sowie K'₂, K_u,f und K'_f, deren Koeffizienten k_w1, k_w2, k_w3 nach Abschluss der undränierten passiven Stauchungsversuche gemäß Gleichung 6 berechnet werden.
• Tabelle 2 zeigt die mit Ausgleichsrechnung berechneten Koeffizienten von Gleichung 6 k_w1, k_w2 und k_w3 sowie die Standardabweichung STABW (Standardfehler des Schätzwerts für die Größe wirksames Bruchhauptspannungsverhältnis K'_f) für die beispielhafte Bodenprobe. Die Koeffizienten von Gleichung 6 wurden für die beispielhafte Bodenprobe wie folgt berechnet: $${\text{k}}_{\text{w1}}=-\mathrm{0,0604};{\text{ k}}_{\text{w2}}=-\mathrm{0,378};{\text{ k}}_{\text{w}3}=\mathrm{2,588}$$

  
• Der Standardfehler des Schätzwerts des scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnisses für die beispielhafte Bodenprobe beträgt 0,0346 (vergleiche Tabelle 2).
• Tabelle 3 zeigt in Verbindung mit Gleichung 6 und den Koeffizienten aus Tabelle 2 berechneten Schätzwerte des wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisses K'_f für die beispielhafte Bodenprobe.
• In Tabelle 3 sind unter der Bezeichnung - Fehler K'_f- die Differenzen zwischen den mit Gleichung 6 berechneten wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnissen K'_f,reg und den in den Versuchen gemessenen wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnissen K'_f angegeben.
• In 2 sind die Messwerte K'_f gemäß Tabelle 1 der wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisse und die Schätzwerte K'_f,reg der wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisse gemäß Tabelle 3 über den Sättigungszahlen S_r2, den wirksamen Hauptspannungsverhältnissen vor der passiven Stauchung K'₂ und den größten wirksamen Hauptspannungen vor der passiven Stauchung σ'_1,2 dargestellt.
• Die Umrechnung des wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisses K'_f in einen wirksamen Bruchreibungswinkel ϕ*'_f erfolgt mit Gleichung 5.
• Als Verfahrensergebnis zeigt 3 das Kennlinienfeld ϕ*'_f = 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 S_r2.
• 4 zeigt das Kennlinienfeld ϕ*'_f = f(σ'_1,2) der Bodenprobe für konstante Anfangsporenanteile n₀, konstante Anfangssättigungszahlen S_r0, konstante wirksame Hauptspannungsverhältnisse vor der passiven Stauchung K'₂ und konstante Grundwasserstände GWS.
• In 4 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 γ_ef und dem Grundwasserflurabstand z_GWS (Gleichung 7). $${\sigma }_{\mathrm{1,}eƒ}^{\text{'}}={\gamma }_{eƒ}\ast z_{GWS}$$

  
• 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 ϕ*'_f = f(σ'_1,2)-Diagramm. Der wirksame Bruchreibungswinkel ϕ*'_f wird nur unterhalb des Grundwasserspiegels (σ'_1,2 > σ'_1,2,GWS) bestimmt.
• 3 und 4 unterscheiden sich durch die zugrundeliegenden Porenanteile n.
• 3 wurde unter Annahme definierter konstanter Porenanteile zu Beginn der passiven Stauchung n₂ bestimmt.
• 4 wurde unter Annahme definierter konstanter Anfangsporenanteile (Einbauporenanteile) n₀ bestimmt, aus denen die Porenanteile zu Beginn der passiven Stauchung n₂ unter Berücksichtigung des Setzungs- und Sackungsverhaltens berechnet wurden.
• Gleichung 8 zeigt die Berechnung der kleinsten wirksamen Hauptspannung vor der passiven Stauchung σ'_3,2 aus der größten wirksamen Hauptspannung vor der passiven Stauchung σ'_1,2 und dem Erdruhedruckbeiwert K_0,2. $${\sigma }_{\mathrm{3,2}}^{\text{'}}={\sigma }_{\mathrm{1,2}}^{\text{'}}\ast K_{\mathrm{0,2}}$$

  
• Gleichung 9 zeigt die Berechnung der Bruchfestigkeit t_f aus dem wirksamen Bruchreibungswinkel ϕ*'_f und der kleinsten wirksamen Hauptspannung vor der passiven Stauchung σ'_3,2. $$t_{ƒ}=\frac{{\sigma }_{\mathrm{3,2}}^{\text{'}}\ast \text{sin}\left({\phi }^{*\text{'}}{}_{ƒ}\right)}{1-\text{sin}\left({\phi }^{*\text{'}}{}_{ƒ}\right)}$$

  
• Gleichung 10 zeigt die Berechnung der kleinsten wirksamen Bruchhauptspannung σ'_3f aus der kleinsten wirksamen Hauptspannung vor der passiven Stauchung σ'_3,2 und dem wirksamen Bruchreibungswinkel ϕ*'_f bei bekanntem scheinbaren Bruchreibungswinkel ϕ*_u,f. $${\sigma }_{3ƒ}^{\text{'}}={\sigma }_{\mathrm{3,2}}^{\text{'}}\ast \frac{\left[\text{sin}\left(\phi *{\text{'}}_{ƒ}\right)-1\right]\ast \text{sin}\left(\phi {*}_{u,ƒ}\right)}{\text{sin}\left(\phi *{\text{'}}_{ƒ}\right)\ast \left[\text{sin}\left(\phi {*}_{u,ƒ}\right)-1\right]}$$

  
• Die mittlere wirksame Bruchhauptspannung s'_f ist der Mittelwert aus der größten wirksamen Bruchhauptspannung σ'_1f und der kleinsten wirksamen Bruchhauptspannung σ'_3f gemäß Gleichung 11. $$s{\text{'}}_{ƒ}=\frac{{\sigma }_{1ƒ}^{\text{'}}+{\sigma }_{3ƒ}^{\text{'}}}{2}$$

  
• Gleichung 12 zeigt die Berechnung der mittleren wirksamen Bruchhauptspannung s'_f aus der Bruchfestigkeit t_f und der kleinsten wirksamen Bruchhauptspannung σ'_3f. $$s{\text{'}}_{ƒ}=\frac{2\ast t_{ƒ}+2\ast \sigma {\text{'}}_{3ƒ}}{2}$$

  
• 5 zeigt das Kennlinienfeld t_f = f(s'_f) der Bodenprobe für konstante Porenanteile vor der passiven Stauchung n₂, konstante Sättigungszahlen vor der passiven Stauchung S_r2 und konstante wirksame Hauptspannungsverhältnisse K'₂ vor der passiven Stauchung. Dabei ist s'_f die mittlere scheinbare Bruchhauptspannung.
• 6 zeigt das Kennlinienfeld t_f = f(s'_f) der Bodenprobe für konstante Anfangsporenanteile n₀, konstante Anfangssättigungszahlen S_r0 und konstante wirksame Hauptspannungsverhältnisse K'₂ vor der passiven Stauchung.
• Bei einem Vorgehen nach der Vorgehensweise der vorliegenden Erfindung ist die Konfiguration der statischen Triaxialversuche bezüglich Hauptspannungsverhältnis und anderer Parameter (u.a. Porenanteil und Sättigungszahl) unabhängig von den Anforderungen an die Versuchsergebnisse, die sich zumeist bei der bodenmechanischen Bearbeitung des bestehenden Problems erst ergeben oder sich verändern. Bei einer konventionellen Durchführung der passiven Stauchungsversuche zur Bestimmung des wirksamen 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 mit Schätzungen gearbeitet werden oder die passiven Stauchungsversuche müssen mit den neuen Anfangsbedingungen wiederholt werden.
• Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens treten diese Probleme nicht mehr auf, da das wirksame Bruchverhalten eines Lockergesteins bekannt ist und die Auswirkungen von Änderungen der Randbedingungen vom bodenmechanischen Bearbeiter numerisch gelöst werden können.
• Weiterhin vereinfacht sich die Versuchsauswertung sowie die Auslieferung der Versuchsergebnisse, da alle Informationen zum wirksamen Bruchverhalten eines Lockergesteins in den Koeffizienten k_w1, k_w2 und k_w3 von Gleichung 6 enthalten sind.
• Zusammenstellung der verwendeten Gleichungen $$K{\text{'}}_2=\frac{{\sigma }_{\mathrm{1,2}}^{\text{'}}}{{\sigma }_{\mathrm{3,2}}^{\text{'}}}$$

  

  $$K_{u,ƒ}=\frac{{\sigma }_{1u,ƒ}}{{\sigma }_{3u,ƒ}}$$

  

  $$K{\text{'}}_f=\frac{\sigma {\text{'}}_{1f}}{\sigma {\text{'}}_{3f}}$$

  

  $$\phi *{\text{'}}_f=\frac{t_f}{s{\text{'}}_f}$$

  

  $$\phi *{\text{'}}_f=\text{arcsin}\left(\frac{1-K{\text{'}}_f}{1+K{\text{'}}_f}\right)$$

  

  $$K{\text{'}}_f=K{\text{'}}_f\left(K{\text{'}}_2,{\epsilon }_f,K_{u,f}\right)=K_{u,f}+k_{w1}\ast \frac{e^{\left(\frac{K{\text{'}}_2-1}{k_{w2}}\right)}}{e^{\left(\frac{k_{w3}}{\text{ln}\left({\epsilon }_f\right)}\right)}}$$

  

  $$\sigma {\text{'}}_{\mathrm{1,}ef}={\gamma }_{ef}\ast z_{GWS}$$

  

  $$\sigma {\text{'}}_{\mathrm{3,2}}=\sigma {\text{'}}_{\mathrm{1,2}}\ast K_{\mathrm{0,2}}$$

  

  $$t_f=\frac{\sigma {\text{'}}_{\mathrm{3,2}}\ast \text{sin}\left({\phi }^{*\text{'}}{}_f\right)}{1-\text{sin}\left({\phi }^{*\text{'}}{}_f\right)}$$

  

  $$\sigma {\text{'}}_{\mathrm{3,}f}=\sigma {\text{'}}_{\mathrm{3,2}}\ast \frac{\left[\text{sin}\left(\phi *{\text{'}}_f\right)-1\right]\ast \text{sin}\left(\phi {*}_{u,f}\right)}{\text{sin}\left(\phi *{\text{'}}_f\right)\ast \left[\text{sin}\left(\phi {*}_{u,f}\right)-1\right]}$$

  

  $$s{\text{'}}_f=\frac{\sigma {\text{'}}_{\mathrm{1,}f}+\sigma {\text{'}}_{\mathrm{3,}f}}{2}$$

  

  $$s{\text{'}}_f=\frac{2\ast t_f+2\ast \sigma {\text{'}}_{\mathrm{3,}f}}{2}$$

  
• Zusammenstellung der Tabellen: Tabelle 1

  Versuch	σ' 1,2	σ' 3,2	ε f	σ 1f,u	σ 3f,u	σ' 1f	σ' 3f	K' 2	K u,f	K' f
  	[kPa]	[kPa]	[%]	[kPa]	[kPa]	[kPa]	[kPa]	[1]	[1]	[1]
  A-EP16A	79,5	38,9	0,020	85,3	38,8	85,3	38,8	0,489	0,455	0,455
  A-EP16A	114,8	113,4	1,120	215,5	111,5	183,7	79,7	0,988	0,517	0,434
  A-EP16A	602,2	246,5	2,980	681,5	246,6	636,4	201,5	0,409	0,362	0,317
  A-EP16B	603,2	176,9	5,360	641,2	179,1	640,9	178,8	0,293	0,279	0,279
  A-EP16C	200,4	96,2	0,010	212,4	95,9	212,5	96,0	0,480	0,452	0,452
  A-EP16C	82,1	67,8	0,370	131,9	67,7	107,1	42,9	0,826	0,513	0,401
  A-EP16C	601,9	276,7	2,230	690,5	278,3	634,3	222,1	0,460	0,403	0,350
  A-EP16D	297,2	93,4	0,020	316,4	94,3	317,8	95,7	0,314	0,298	0,301
  A-EP16D	104,5	60,5	0,980	163,5	61,7	143,9	42,1	0,579	0,377	0,293
  A-EP16D	602,5	248,1	7,270	741,0	250,1	722,8	231,9	0,412	0,338	0,321

  Tabelle 2

  k w1	k w2	k w3	STAB W
  [1]	[1]	[1]	[1]
  -0,0604	-0,378	2,588	0,0346

  Tabelle 3

  Versuch	K' f,reg	Fehler K' f
  	[1]	[1]
  A-EP16A	0,3998	-0,0551
  A-EP16A	0,4163	-0,0176
  A-EP16A	0,3464	0,0298
  A-EP16B	0,2665	-0,0124
  A-EP16C	0,4314	-0,0203
  A-EP16C	0,4647	0,0642
  A-EP16C	0,3609	0,0107
  A-EP16D	0,3032	0,0021
  A-EP16D	0,3312	0,0386
  A-EP16D	0,3037	-0,0172

• Bezugszeichenliste
• 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

u

Bezugssystem scheinbar

R

Zustand nach großen Deformationen (Restfestigkeitszustand)

• 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'1

größte wirksame Hauptspannung

σ'3

kleinste wirksame Hauptspannung

σ'1max

Maximalwert der größten wirksamen Hauptspannung im Versuch oder in situ während der Lockergesteinsgenese

σ'1gr

für aktuellen Porenanteil die größtmögliche größte wirksame Hauptspannung

σ3u,f

kleinste scheinbare Bruchhauptspannung

σ1u,f

größte scheinbare Bruchhauptspannung

σ'1f

größte wirksame Bruchhauptspannung

σ'3f

kleinste wirksame Bruchhauptspannung

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

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

K0,2

Erdruhedruckbeiwert des wassergesättigtes Lockergesteins

Ku,f

scheinbares Bruchhauptspannungsverhältnis

K'f

Messwerte derwirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisse

K'f,reg

Schätzwerte der wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisse

K'2

wirksames Hauptspannungsverhältnis des wassergesättigten Lockergesteins vor einer passiven Stauchung

εf

auf den Stauchungsbeginn bezogene Bruchdeformation

PWÜD

Porenwasserüberdrücke

ϕ*'f

wirksamer Bruchreibungswinkel

tf

Bruchfestigkeit

s'f

wirksame Bruchhauptspannung

sin(ϕ'f).

Sinus des wirksamen Bruchreibungswinkels

c'f

Bruchkohäsion

σ'1,2

Messwert eines passiven Stauchungsversuchs

σ'3,2

Messwert eines passiven Stauchungsversuchs

εf

Messwert eines passiven Stauchungsversuchs

σ1f,u

Messwert eines passiven Stauchungsversuchs

σ3f,u

Messwert eines passiven Stauchungsversuchs

σ'1f

Messwert eines passiven Stauchungsversuchs

σ'3f

Messwert eines passiven Stauchungsversuchs

s

mittlere Hauptspannung

t

Scherspannung

kw1

Koeffizient der Gleichung 6

kw2

Koeffizient der Gleichung 6

kw3

Koeffizient der Gleichung 6

GWS

Grundwasserstand allgemein

zGWS

Grundwasserflurabstand

γef

erdfeuchte Überdeckung

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung des wirksamen Bruchverhaltens eines vorzugsweise kohäsionslosen, kontraktilen, wassergesättigten Lockergesteins, wobei mittels eines statischen Triaxialgerätes undränierte passive Stauchungsversuche an mehreren Teilproben einer Lockergesteinsprobe, die sich hinsichtlich ihrer Anfangskennwerte (K'₂, S_r2, n₂), dem wirksamen Hauptspannungsverhältnis (K'₂), der Sättigungszahl (Sr₂) und dem Porenanteil (n₂) vor dem jeweiligen undränierten passiven Stauchungsversuch voneinander unterscheiden, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bestimmen der wirksamen Hauptspannungsverhältnisse (K'₂) der Teilproben vor den undränierten passiven Stauchungsversuchen an den Teilproben der Lockergesteinsprobe, b) Durchführen von undränierten passiven Stauchungsversuchen an den Teilproben der Lockergesteinsprobe und während der undränierten passiven Stauchungsversuche Bestimmen der wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisse (K'_f) sowie der scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnisse (K_u,f) und der Bruchdeformationen (ε_f) zum Bruchzeitpunkt der Teilproben, c) Berechnen der Koeffizienten der wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnisse (K'_f) aus den Messwertequadrupeln (K'_f, K'₂, K_u,f, ε_f) der zum Bruchzeitpunkt im Bruchzustand gemessenen wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnissen (K'_f) nach einer Gleichung der Form K'_f = f (K'₂, K_u,f, ε_f).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichungskoeffizienten (k_w1, k_w2 und k_w3) als materialbeschreibende Parameter durch Ausgleichsrechnung nach der Gleichung (6) $$K{\text{'}}_f=K_{u,f}+k_{w1}\ast \frac{e^{\left(\frac{K{\text{'}}_2-1}{k_{w2}}\right)}}{e^{\left(\frac{k_{w3}}{\text{ln}\left({\epsilon }_f\right)}\right)}}$$

   

   berechnet werden, wobei die Gleichungskoeffizienten (k_w1, k_w2, k_w3) Materialkonstanten sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem wirksamen Bruchhauptspannungsverhältnis (K'_f) ein wirksamer Bruchreibungswinkel (ϕ*'_f) nach der Gleichung (5) $$\phi *{\text{'}}_f=\text{arcsin}\left(\frac{1-K{\text{'}}_f}{1+K{\text{'}}_f}\right)$$

   

   berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, - Bestimmen der scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnisse (K_u,f) im Bruchzustand der Teilproben gemäß Schritt b) eines vorzugsweise kohäsionslosen, kontraktilen, wassergesättigten Lockergesteins, wobei mittels des statischen Triaxialgerätes undränierte passive Stauchungsversuche an mehreren Teilproben einer Lockergesteinsprobe, die sich hinsichtlich ihrer Anfangsparameter (S_r2, K'₂, OCR_gr2), der Sättigungszahl (S_r2), dem wirksamen Hauptspannungsverhältnis (K'₂) und dem Überkonsolidierungsgrad (OCR_gr2) vor dem jeweiligen undränierten passiven Stauchungsversuch voneinander unterscheiden, durch folgende Schritte: - Durchführen von undränierten passiven Stauchungsversuchen an den Teilproben der Lockergesteinsprobe, wobei die Sättigungszahl (S_r2) und das wirksame Hauptspannungsverhältnis (K'₂) und die größte wirksame Hauptspannung (σ'_1,2) und der Porenanteil (n₂) und das scheinbare Bruchhauptspannungsverhältnis (K_u,f) gemessen werden, - Bestimmen der größtmöglichen Hauptspannung des Lockergesteins in Abhängigkeit des Porenanteils (σ'_1gr = f(n)) und des maximalen Porenanteils (n_gr0) des erdfeuchten Materials im spannungsfreien Zustand, und - Bestimmen der Koeffizienten (n_gr0, E_gr, c_egr) des spannungsabhängigen Grenzlagerungszustands der Teilproben der Lockergesteinsprobe aus den Parameter-Daten (n₁, σ₁) in mittels des Triaxialgerätes durchgeführten Konsolidierungsversuchen, und - Berechnen der zugehörigen Überkonsolidierungszahlen (OCR_gr2) für die jeweiligen Anfangsbedingungen (σ'_1,2, n₂) und - Berechnen der Koeffizienten aus den gewonnenen Messwerten nach einer Gleichung $$K_{u,f}=k_u\ast S_{r2}{}^{k_{u,Sr}}\ast e-\left(\frac{k_{u,K}}{K{\text{'}}_2}+\frac{OC{R}_{gr2}}{k_{u,OCR}}\right)$$

   

   der Form K_u,f = f (S_r2, K'₂, OCR_gr2) aus den Messwertequadrupeln (K_u,f, S_r2, K'₂, OCR_gr2) der im Bruchzustand gemessenen scheinbaren Bruchhauptspannungsverhältnissen (K_u,f) der Teilproben sowie den zu den Teilproben zugehörigen Anfangsparametern (S_r2, K'₂, OCR_gr2).
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, - Bestimmen der Bruchdeformationen (ε_f) im Bruchzustand der Teilproben gemäß Schritt b) eines vorzugsweise kohäsionslosen, kontraktilen, wassergesättigten Lockergesteins, wobei mittels des statischen Triaxialgerätes undränierte passive Stauchungsversuche an mehreren Teilproben einer Lockergesteinsprobe, die sich hinsichtlich ihrer Anfangsbedingungen (K'₂, σ'_1,2, n₂, n_a,2) wirksames Hauptspannungsverhältnis (K'₂), größte wirksame Hauptspannung (σ'_1,2), Porenanteil (n₂) und Luftporenanteil (n_a,2) vor dem jeweiligen undränierten passiven Stauchungsversuch voneinander unterscheiden, durch folgende Schritte: - Ermitteln der das Entlastungsverhalten der Lockergesteinsprobe beschreibenden materialspezifischen Konstante (c_ent) aus den Messwerten von Entlastungsphasen der Teilproben in mittels des Triaxialgerätes durchgeführten Entlastungsversuchen, - 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 (K_0,2), - Bestimmen der Koeffizienten (n_gr0, E_gr, c_egr) des spannungsabhängigen Grenzlagerungszustands der Teilproben der Lockergesteinsprobe aus den Parameter-Daten (n1, σ1) in mittels des Triaxialgerätes durchgeführten Konsolidierungsversuchen, - Ermitteln der zugehörigen Überkonsolidierungszahlen (OCR_gr2) und des maximalen Porenanteils (n_gr0) des erdfeuchten Materials im spannungsfreien Zustand bei lockerster Lagerung des erdfeuchten Materials für die jeweiligen Anfangsbedingungen in den undränierten passiven Stauchungsversuchen, - Durchführen von undränierten passiven Stauchungsversuchen an den Teilproben der Lockergesteinsprobe, wobei die Anfangsbedingungen sowie die Bruchdeformation (ε_f) gemessen werden, und Ermitteln des wirksamen Hauptspannungsverhältnisses (K'₂) und des Luftporenanteil (n_a,2) in Abhängigkeit der Anfangsbedingungen, - Berechnen der Koeffizienten aus den gewonnenen Messwerten nach einer Gleichung $${\epsilon }_f=\frac{c_{ent}\ast p_r\ast \frac{K{\text{'}}_2}{K_{\mathrm{0,2}}}\ast \text{ln}\left(\frac{\sigma {\text{'}}_{\mathrm{1,2}}+p_r}{p_r}\right)}{\sigma {\text{'}}_{\mathrm{1,2}}+p_r}+e^{\left(\frac{{\epsilon }_n\ast e^{\left(\frac{n_{d\mathrm{,2}}{}^2}{{\epsilon }_{KSr}}\right)}\ast {\left(n_{gr0}-n_2\right)}^{{\epsilon }_{\Delta n}}\ast {\left(\frac{K{\text{'}}_2}{K_{\mathrm{0,2}}}\right)}^{{\epsilon }_k}}{OC{R}_{gr2}{}^{{\epsilon }_{OCR}}}1\right)}$$

   

   der allgemeinen Form ε_f = f (K'₂, σ'_1,2, n₂, n_a,2) für die auf den Stauchungsbeginn bezogenen Bruchdeformationen (ε_f).

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