DE102021134241A1 - Unconsolidated rock specimens and method for producing the unconsolidated rock specimens - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen vollständig verflüssigten Probekörpers (12, 15), dessen innere Struktur einer Lockergesteinsstruktur entspricht, die sich nach nachweislich vollständiger Verflüssigung und anschließender Konsolidierung einstellt. Ferner wird eine Probekörper-Anordnung beschrieben, die zur Verfahrensdurchführung dient.The invention relates to a method for producing a cylindrical, completely liquefied test body (12, 15) whose internal structure corresponds to a soft rock structure which is established after demonstrably complete liquefaction and subsequent consolidation. Furthermore, a test body arrangement is described, which is used to carry out the method.
Description
Anwendungsgebiet der Erfindung ist in der Bodenphysik die Herstellung zylindrischer Lockergesteinsprobekörper, die insbesondere für Triaxialversuche verwendet werden.The field of application of the invention is in soil physics, the production of cylindrical loose rock specimens that are used in particular for triaxial tests.
Ein Lockergestein verhält sich wie eine Flüssigkeit, wenn der Porenwasserdruck soweit ansteigt, dass die wirksamen Spannungen Null werden und die auf dem verflüssigten Bodenelement aufliegende Last vollständig vom Porenfluid aufgenommen wird.Soft rock behaves like a liquid when the pore water pressure increases to such an extent that the effective stresses become zero and the load on the liquefied soil element is completely absorbed by the pore fluid.
In situ verflüssigen sich locker gelagerte, wassergesättigte Böden, wenn diese dynamisch durch Erdbeben, Sprengungen etc. angeregt werden oder Böden mit einer Restscherfestigkeit von Null, wenn die Bruchfestigkeit überschritten wurde.In situ, loosely bedded, water-saturated soils liquefy when dynamically excited by earthquakes, blasting, etc., or soils with zero residual shear strength when the ultimate strength has been exceeded.
Aus der bodenphysikalischen Versuchspraxis ist dem tätigen Fachmann allgemein bekannt, dass Böden mit gleichen material- und zustandsbeschreibenden Kennzahlen bei gleichem Spannungszustand in Abhängigkeit von der Genese ein qualitativ unterschiedliches Setzungs, Sackungs-, Wasserdurchlässigkeits- und Festigkeitsverhalten aufweisen können.From soil-physical testing practice, the active expert is well aware that soils with the same material and condition-descriptive characteristics with the same stress state can exhibit qualitatively different settlement, sagging, water permeability and strength behavior depending on the genesis.
Materialbeschreibende Kennzahlen sind zum Beispiel Korndichte, Korngrößenverteilung, die Porenzahlen bei lockerster und dichterster Lagerung, der Anteil organischer Bestandteile sowie die Rundungs- und Texturkoeffizienten.Key figures describing the material are, for example, grain density, grain size distribution, the number of pores in loose and dense storage, the proportion of organic components and the rounding and texture coefficients.
Zustandsbeschreibende Kennzahlen sind zum Beispiel der Porenanteil, die Dichte, der Wassergehalt sowie die Sättigungszahl. Der Spannungszustand ist durch die Größe der wirksamen Hauptspannungen und des Porenwasserdrucks gekennzeichnet.Indicators that describe the condition are, for example, the proportion of pores, the density, the water content and the saturation number. The state of stress is characterized by the size of the effective principal stresses and the pore water pressure.
Die Lockergesteinsgenese beinhaltet die Art und Weise des Gefügeaufbaus durch Ablagerung sowie die Entwicklung der Hauptspannungen, den Zeitpunkt des Grundwasseraufgangs sowie gegebenenfalls externe, den Lockergesteinszustand beeinflussende Ereignisse wie Verdichtungsmaßnahmen oder ähnliches.The genesis of the soft rock includes the way in which the structure was built up through deposition and the development of the main stresses, the point in time at which the groundwater rose and, if applicable, external events influencing the condition of the soft rock, such as compaction measures or the like.
Für eine laborative Untersuchung der Setzungs-, Sackungs-, Wasserdurchlässigkeits- und Festigkeitseigenschaften an einem Punkt einer Bodenschicht kann genau dort eine ungestörte Bodenprobe entnommen und im Labor untersucht werden. Die Untersuchungsergebnisse gelten genau für die Lockergesteinsprobe dieses Lockergesteins im vorliegenden Zustand und für den im Laborversuch eingestellten Spannungszustand.For a laboratory investigation of the settlement, subsidence, water permeability and strength properties at one point in a soil layer, an undisturbed soil sample can be taken right there and examined in the laboratory. The test results apply exactly to the soft rock sample of this soft rock in the present state and for the stress state set in the laboratory test.
Eine an einem anderen Ort entnommene Bodenprobe, das heißt Lockergesteinsprobe wird zumeist für einen im Laborversuch mit einem vergleichsweise eingestellten gleichen Spannungszustand andere material- und zustandsbeschreibende Kennzahlen besitzen.A soil sample taken from a different location, i.e. a sample of loose rock, will usually have other material and condition-descriptive characteristics for a laboratory test with a comparatively set same stress state.
Damit ist die Bestimmung des Setzungs-, Sackungs-, Wasserdurchlässigkeits- und Festigkeitsverhaltens für einen Boden nicht ohne weiteres möglich.This means that it is not immediately possible to determine the settlement, sagging, water permeability and strength behavior of a soil.
Eine solche Bestimmung gilt immer nur für einen Boden mit gleichen materialbeschreibenden Kennzahlen und gleichem Gefügeaufbau.Such a determination only ever applies to soil with the same material-descriptive key figures and the same structure.
Das heißt, für eine genauere Bestimmung müssen mehrere Versuche an einem Boden bei unterschiedlichen Zuständen und Spannungen durchgeführt werden.This means that for a more precise determination, several tests must be carried out on one soil at different conditions and stresses.
Bei der Verwendung ungestörter Proben für solche Versuche können identische materialbeschreibende Kennzahlen durch die unterschiedlichen Entnahmeorte nicht garantiert werden. Eine ungestörte Probe oder Bodenprobe wird ohne Störung des Bodengefüges aus dem sie umgebenden Bodenverband gewonnen. Die Entnahme der ungestörten Probe erfordert eine spezielle Technik, wie beispielsweise das Einschlagen oder Eindrücken von Hohlzylindern definierten Volumens oder die Entnahme von Bodenproben mittels Gefrierverfahren.When using undisturbed samples for such tests, identical key figures describing the material cannot be guaranteed due to the different sampling locations. An undisturbed sample or soil sample is obtained from the surrounding soil structure without disturbing the soil structure. Taking the undisturbed sample requires a special technique, such as hammering in or pressing in hollow cylinders of a defined volume or taking soil samples using freezing methods.
Insbesondere anthropogen erzeugte Schüttungen wie Kippen sind bezüglich der örtlichen Verteilung der materialbeschreibenden Kennzahlen zumeist sehr inhomogen aufgebaut. Zudem decken die zustandsbeschreibenden Kennzahlen der ungestörten Proben nur einen kleinen Teil der möglichen Variationsbreite der zustandsbeschreibenden Kennzahlen ab.In particular, anthropogenically produced heaps such as dumps are usually very inhomogeneously structured with regard to the local distribution of the material-descriptive key figures. In addition, the indicators describing the condition of the undisturbed samples only cover a small part of the possible range of variation of the indicators describing the condition.
Damit sind ungestörte Bodenproben als Lockergesteinsprobekörper für Versuche zur Bestimmung des Setzungs-, Sackungs-, Wasserdurchlässigkeits- und Festigkeitsverhaltens auch auf Grund ihrer zu geringen Variation der zustandsbeschreibenden Kennzahlen ungeeignet.This means that undisturbed soil samples are unsuitable as loose rock specimens for tests to determine the settlement, subsidence, water permeability and strength behavior, also because the variation in the characteristic numbers describing the condition is too small.
Deshalb wurden bisher bereits eine Vielzahl von Herstellungsverfahren für Triaxial-Lockergesteinsprobekörper, das heißt für Lockergesteinsprobekörper an dem Triaxialversuche durchgeführt werden, entwickelt, welche die definierte Genese eines Gefüges nachvollziehen sollen.For this reason, a large number of manufacturing processes for triaxial loose rock specimens, i.e. for loose rock specimens on which triaxial tests are carried out, have already been developed, which are intended to reproduce the defined genesis of a structure.
Diese Herstellungsverfahren betreffen zumeist anthropogen erzeugte Schüttungen, da für solche Schüttungen Gefahren für die Öffentlichkeit ausgeschlossen und somit zumeist laborative Untersuchungen geführt werden müssen.These manufacturing processes mostly relate to man-made fills, since such fills pose a risk to the public excluded and therefore mostly laboratory tests have to be carried out.
Stand der Technik sind von den Laboratorien unveröffentlichte Herstellungsverfahren, die den Gefügeaufbau durch erdfeuchten Versturz, das Einspülen in Spülkippen oder das Verklappen in Wasser simulieren.State-of-the-art are manufacturing processes that have not been published by the laboratories, which simulate the structure build-up by earth-moist collapse, flushing into sinks or dumping in water.
Von diesem Stand der Technik ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin einen Lockergesteinsprobekörper herzustellen, dessen innere Struktur einem vollständig verflüssigten Lockergestein entspricht. Mit anderen Worten, es wird nach einem Herstellungsverfahren zur Herstellung nachweislich verflüssigter Lockergesteinsprobekörper, die für die weitere Untersuchung des Setzungs-, Sackungs-, Wasserdurchlässigkeits- und Festigkeitsverhaltens im statischen Triaxialgerät geeignet sind.Proceeding from this state of the art, the object of the invention is to produce a loose rock specimen whose inner structure corresponds to a completely liquefied loose rock. In other words, a manufacturing process is used to produce verifiably liquefied loose rock specimens suitable for further investigation of settlement, subsidence, water permeability and strength behavior in the static triaxial device.
Ein solches Herstellungsverfahren zur Herstellung eines „künstlichen Lockergesteinsprobekörper“, dessen innere Struktur einem vollständig verflüssigten Lockergestein entspricht und die beschriebene Verwendung eines Triaxialgerätes zur Durchführung des Herstellungsverfahrens, ist bisher nicht bekannt.Such a production method for the production of an “artificial loose rock test body”, the internal structure of which corresponds to a completely liquefied loose rock and the described use of a triaxial device for carrying out the production method, is not known to date.
Es ist bekannt, dass nur locker gelagerte, wassergesättigte kohäsionslose Sande überhaupt verflüssigbar sind. Somit können nur diese locker gelagerten, wassergesättigten kohäsionslose Sande Ausgangspunkt einer Probekörperfertigung sein, deren Ziel ein vollständig verflüssigter Probekörper ist.It is known that only loosely packed, water-saturated, cohesive sands are liquefiable at all. Thus, only these loosely stored, water-saturated, non-cohesive sands can be the starting point for the production of test specimens, the aim of which is a completely liquefied test specimen.
Bekannt ist weiter, dass lockere, kohäsionslose Lockergesteinsprobekörper nicht in der Lage sind, selbständig zu stehen, sodass der Lockergesteinsprobekörper gestützt werden muss.It is also known that loose, non-cohesive soft ground specimens are not able to stand on their own, so the soft ground specimens have to be supported.
Im Folgenden soll die Erfindung näher erläutert werden, wobei die
In den Figuren werden für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet. Es wird gebeten, die
Ein an sich bekanntes Triaxialgerät 100, in dem in bekannter Weise Setzungs-, Sackungs-, Wasserdurchlässigkeits- und Festigkeitsverhaltens durchgeführt werden, wird erfindungsgemäß verwendet, um laborativ einen vollständig verflüssigten Probekörper 15 mit der inneren Struktur einer Lockergesteinsprobe einer Lockergesteinsstruktur herzustellen, die sich nach nachweislich nach vollständiger Verflüssigung und anschließender Konsolidierung einstellt.A
Es wird wie folgt vorgegangen:
- Aus einem verflüssigungsfähigen Lockergestein wird durch Einrieseln des erdfeuchten Materials, wenn nötig zur Entfernung von groben Bestandteilen über ein grobes Sieb, ein sehr lockerer, makroporenhaltiger unverflüssigter
zylindrischer Probekörper 12 gefertigt, in dem das Material in einen Zylinder mit einerelastische Hülle 13, insbesondere einer Gummihülle verbracht wird.
- A very loose, non-liquefied
cylindrical specimen 12 containing macropores is produced from a liquefiable loose rock by trickling in the earth-moist material, if necessary to remove coarse components via a coarse sieve, in which the material is placed in a cylinder with anelastic sleeve 13, in particular a rubber sleeve is spent.
Zunächst wird die in den Figuren gezeigte Probekörper-Bodenplatte 11 mit einem unteren offenen Ende der elastischen Hülle 13 verbunden.First, the
Dazu werden Befestigungselemente 6 verwendet, wobei in bevorzugter Ausgestaltung elastische Ringe, insbesondere Gummiringe verwendet werden, wodurch die elastische Hülle 13 gasdicht abgeschlossen ist.Fastening elements 6 are used for this purpose, with elastic rings, in particular rubber rings, being used in a preferred embodiment, as a result of which the
An der Mantelfläche der mindestens einen Probekörper-Bodenplatte 11 wird mittels mindestens eines weiteren nicht dargestellten Befestigungselementes ein nicht dargestelltes statisches Befüll-Stützelement angebracht, das später wieder entfernt wird. Beispielsweise werden als Befüll-Stützelement, zwei zylindrische Halbschalen verwendet. Das obere offene Ende der elastische Hülle 13 wird vorübergehend an dem oberen Ende des Befüll-Stützelementes, insbesondere der zwei zylindrischen Halbschalen mittels mindestens einem weiteren ebenfalls nicht dargestellten Befestigungselement ebenfalls verbunden.A static filling support element (not shown) is attached to the lateral surface of the at least one test
Der Hohlraum des derart gebildeten noch oben offenen und nach unten geschlossenen Zylinders wird anschließend mit dem Probenmaterial befüllt.The cavity of the cylinder thus formed, which is still open at the top and closed at the bottom, is then filled with the sample material.
Danach wird eine Probekörper-Kopfplatte 3 aufgesetzt, wobei die elastische Hülle 13 bevorzugt mittels eines gleichartigen mindestens einen Befestigungselementes 6 (elastische Ringe, insbesondere Gummiringe) an der Mantelfläche der mindestens einen Probekörper-Kopfplatte 3 gasdicht befestigt wird.Then a
Die Probekörper-Kopfplatte 3 weist einen Filterstein 16 auf, der mit einer in den Figuren dargestellten öffenbaren Leitung 17A verbunden ist, die eine Verbindung zwischen dem ansonsten gasdichten Hohlraum, respektive dem darin angeordneten Probenmaterial und der Umgebung herstellt.The
Wesentlich ist, dass das Befüll-Stützelement, insbesondere die zwei zylindrischen Halbschalen einen Innendurchmesser aufweisen, der dem durch die Mantelflächen gebildeten Außendurchmesser der Probekörper-Bodenplatte 11 und der Probekörper-Kopfplatte 3 entspricht. Dadurch ist sichergestellt, dass das Probenmaterial in der als elastische Hülle 13 ausgebildeten Zylinder statisch gestützt wird und die elastische Hülle 13 mit dem eingefüllten Probenmaterial nicht in sich zusammensackt und die vorgegebene geometrische Form eines Zylinders aufweist.It is essential that the filling support element, in particular the two cylindrical half shells, have an inner diameter which corresponds to the outer diameter of the test
Die Deckfläche des zylindrischen Probekörpers 12 wird somit durch die Probekörper-Kopfplatte 3 gebildet. Die Grundfläche des zylindrischen Probekörpers 12 wird durch die Probekörper-Bodenplatte 11 gebildet. Die Mantelfläche des zylindrischen Probekörpers 12 wird durch die elastische Hülle 13 gebildet, die durch das Befüll-Stützelement gestützt werden.The top surface of the
Die derart ausgebildete Vorstufe einer gewünschten Probekörper-Anordnung wird ohne das Befüll-Stützelement in eine in den
Das Triaxialgerät 100 umfasst im Wesentlichen eine Triaxialgerät-Wandung 5 und die Triaxialzellen-Kopfplatte 2 sowie eine Triaxialzellen-Bodenplatte 8, die im geschlossen Zustand an die Triaxialgerät-Wandung 5 angrenzen und einen geschlossenen gasdichten Arbeitsraum in der sogenannte Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 bilden.The
Es ist vorgesehen, dass bereits außerhalb der Triaxialzelle 2, 5, 8 über den sich in der Probekörper-Kopfplatte 3 angeordneten Filterstein 16 und der daran angeordneten Leitung 17A in dem den Probekörper 12 umgebenden Zylinder ein Vakuum gezogen wird, welches die vorgegebene geometrische Form des Zylinders zwischen der Probekörper-Kopfplatte 3 und der Probekörper-Bodenplatte 11 derart statisch stabilisiert, sodass die Vorstufe der gewünschten Probekörper-Anordnung - jetzt ohne Befüll-Stützelement - in der Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 angeordnet werden kann, wobei die durch das Befüll-Stützelement vorgegebene geometrische Form durch das erzeugte Vakuum nicht verloren geht.Provision is made for a vacuum to be drawn outside the
Nach dem Einbau des sich in der Hülle 13 befindenden und mit Unterdruck gestützten zylindrischen Probekörpers 12 in der Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 wird erneut ein anderes statisches Stützelement angeordnet, das als Versuchs-Stützelement 4 bezeichnet wird.After installation of the
Das in den
Bevorzugt sind als Versuchs-Stützelement 4 wiederum zwei zylindrische Halbschalen vorgesehen, die im Unterschied zu dem Befüll-Stützelement nicht unmittelbar an der zylindrischen Mantelfläche der elastischen Hülle 13 des zylindrischen Probekörpers 12 angeordnet werden, sondern von der zylindrischen Mantelfläche der elastischen Hülle 13 des zylindrischen Probekörpers 12 entfernt angeordnet werden, wie noch näher erläutert wird.Two cylindrical half-shells are preferably provided as the test support element 4, which, in contrast to the filling support element, are not arranged directly on the cylindrical lateral surface of the
Nach dem Einbau des als Versuchs-Stützzylinder ausgebildeten Versuchs-Stützelement 4 beziehungsweise der dazu verwendeten zylindrischen Halbschalen steht die gewünschte Probekörper-Anordnung zur Verfügung.After installing the test support element 4 designed as a test support cylinder or the cylindrical half-shells used for this purpose, the desired test specimen arrangement is available.
Die Probekörper-Anordnung zeichnet sich durch den geometrisch vorgegeben und statisch stabilen Zylinder, dem Probekörper 12 in der elastischen Hülle 13 mit dem darin angeordneten unverflüssigten Probenmaterial und der darüber angeordneten Probekörper-Kopfplatte 3 und der darunter angeordnete Probekörper-Bodenplatte 11 aus, wobei das als Hohlzylinder (Halbschalen) ausgebildete Versuchs-Stützelement 4 so angeordnet ist, dass dessen Innendurchmesser di,z größer ist als der Außendurchmesser des zylindrischen Körpers des Probekörpers 12.The test specimen arrangement is characterized by the geometrically specified and statically stable cylinder, the
Der Innendurchmesser di,z des Versuchs-Stützhohlzylinders ist geringfügig größer als der durch die Befestigungselemente 6, insbesondere die elastischen Ringe, insbesondere Gummiringe und durch die elastische Hülle 13, respektive durch die Probekörper-Kopfplatte 3 und durch die Probekörper-Bodenplatte 11 gebildete Außendurchmesser.The inner diameter d i,z of the test supporting hollow cylinder is slightly larger than the outer diameter formed by the fastening elements 6, in particular the elastic rings, in particular rubber rings and by the
Vorgesehen ist, dass der Innenradius ri,z beziehungsweise der Innendurchmesser di,z = 2ri,z des Versuchs-Stützelementes 4 größer ist als Außenradius r des erdfeuchten, mit Unterdruck gestützten Probekörpers 12.It is intended that the inner radius r i,z or the inner diameter d i,z = 2r i,z of the test support element 4 is greater than the outer radius r of the earth-
Gemäß
Der Betrag Δhv (vergleiche
Die Probenhöhendifferenz Δhv wird durch einen Vorversuch ermittelt, wobei die Probenhöhendifferenz Δhv, beispielsweise der Differenz der Abstände Δhnach - Δhvor (Δhnach > Δhvor) gemäß den
Aus den
Die Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 wird durch Aufsetzen der Triaxialzellen-Kopfplatte 2 gasdicht abgeschlossen. Die Leitung 17 wird aus der Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 herausgeführt, wie nicht näher dargestellt ist.The
An die Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 ist weiter eine Entlüftungsleitung 14A mit einem öffenbaren Absperrventil 14 angeschlossen.To the
An die Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 ist eine Zellendruckleitung 9A mit einem öffenbaren Absperrventil 9 angeschlossen.A
An die Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 ist ferner eine Porenwasserdruckleitung 7A mit einem öffenbaren Absperrventil 7 angeschlossen, wobei die Porenwasserdruckleitung 7A mit einem weiteren Filterstein 10 in Verbindung steht, der in der Probekörper-Bodenplatte 11 angeordnet ist.A pore
Die Verwendung der Porenwasserdruckleitung 7A im Rahmen dieser Erfindung wird nachfolgend noch erläutert.The use of the pore
Nach alledem liegen gemäß
Der hergestellte innere Struktur des vollständig verflüssigten Probekörpers mit dem Bezugszeichen 15 gemäß
Mit anderen Worten,
Diese gewünschte innere Struktur des verflüssigten Probekörpers 15 wird wie folgt hergestellt.This desired internal structure of the liquefied
Konsolidieren des Probekörpers 12 im statischen Triaxialgerät 100:
- Nach dem Einbau in
2, 5, 8 desdie Triaxialzelle Triaxialgerätes 100 ist vorgesehen, dass der Probekörper 12 gemäß1 , insbesondere anisotrop konsolidiert wird. Dazu werden mittels des Druckstempels 1 geringe Spannungen vorzugsweise im Bereich zwischen 40kPa und 100 kPa aufden Probekörper 12 aufgebracht, die durch eine Bewegung des Druckstempels 1 inRichtung des Probekörpers 12 aufgebracht werden.
- After installation in the
2, 5, 8 of thetriaxial cell triaxial device 100, it is provided that thespecimen 12 according to FIG1 , in particular anisotropically consolidated. For this purpose, low stresses, preferably in the range between 40 kPa and 100 kPa, are applied to thetest specimen 12 by means of the pressure stamp 1 , which stresses are applied by moving the pressure stamp 1 in the direction of thetest body 12 .
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, das Luftanteile in dem Probenmaterial im Probekörper 12 vor oder während oder nach dieser Konsolidation durch Kohlendioxid ersetzt werden. Dazu ist vorgesehen, dass der Probekörper 12 mit Kohlendioxid durchströmt wird.In a preferred embodiment of the method, provision is made for the proportion of air in the sample material in the
Zum Zuführen von Kohlendioxid wird die Porenwasserdruckleitung 7A des Triaxialgerätes 100 genutzt, die mit dem öffenbaren Absperrventil 7 versehen ist, welches in einen Offenzustand gebracht wird. Die durch das Kohlendioxid aus den Poren verdrängte Luft kann über den Filterstein 16 und die nach Außen aus dem Triaxialgerät 100 herausgeführte Leitung 17A in der das öffenbare Absperrventil 17 angeordnet ist, im Offenzustand des Absperrventils 17 aus dem Probekörper 12 entweichen.For supplying carbon dioxide, the pore
Aufsättigen des Probekörpers 12 mit Wasser, wobei die Sättigung durch Aufbringen eines Gegendruckes in der den Probekörper 12 umgebenden Triaxialzelle 2, 5, 8 erhöht wird:
- Anschließend ist vorgesehen, dass der Probekörper 12 von unten (über die Probekörper-Bodenplatte 11) nach oben (in Richtung der Probekörper-Kopfplatte 3) mit einem flüssigen Fluid, insbesondere Wasser (auf)gesättigt wird.
- It is then provided that the
specimen 12 is saturated from below (via the specimen bottom plate 11) upwards (in the direction of the specimen head plate 3) with a liquid fluid, in particular water.
Zum Zuführen von Wasser wird wiederum die Porenwasserdruckleitung 7A des Triaxialgerätes 100 genutzt, die mit dem öffenbaren Absperrventil 7 versehen ist, welches sich dann im Offenzustand befindet.The pore
Das dabei aus den Poren verdrängte Gas kann über den Filterstein 16 und die nach Außen aus dem Triaxialgerät 100 herausgeführte Leitung 17A in der das öffenbare Absperrventil 17 angeordnet ist, im Offenzustand des Absperrventils 17 aus dem Probekörper 12 entweichen.When the shut-off
Nachdem das Gas aus den Poren verdrängt worden ist, werden die Absperrventile 7 und 17 geschlossen.After the gas has been displaced from the pores, the
Nach dem Aufsättigen des Probekörpers 12 mit Wasser wird im Probekörper 12 ein Gegendruck erzeugt. Dabei ist vorgesehen, dass die totalen Hauptspannungen σ1 und σ3 einschließlich des Porenwasserdrucks um den um den gleichen Betrag erhöht werden. Damit bleiben die wirksamen, auf das Korngerüst des Probekörpers 12 wirkenden Hauptspannungen σ'1 und σ'3 konstant.After the
Die Vorgehensweise zur Erzeugung des Gegendrucks innerhalb des Probekörpers 12 in einem Triaxialgerät 100 ist dem Fachmann allgemein bekannt und wird hier nicht näher erläutert.The procedure for generating the back pressure within the
Der ansteigende höhere Porenwasserdruck im Probekörper 12 drückt die noch im Probekörper 12 vorhandenen Gasanteile zusammen, wodurch die Sättigungszahl im Probekörper 12 ansteigt. In vorteilhafter Weise erhöht sich dabei die Verflüssigungsfähigkeit des Probekörpers 12.The increasing higher pore water pressure in the
Undräniertes passives Stauchen des Probekörpers 12 bis zur vollständigen Verflüssigung, wobei die Verflüssigung des Probekörpers 12 durch die Messung der Hauptspannungen kontrolliert wird:
- Im nächsten Verfahrensschritt wird der Probekörper 12 bis zur vollständigen Verflüssigung des Probekörpers 12 undräniert passiv gestaucht. Die Stauchung findet wiederum mittels des Druckstempels 1 statt.
- In the next method step, the
test body 12 is passively compressed until thetest body 12 has completely liquefied and does not drain. The upsetting takes place in turn by means of the pressure die 1 .
Bei der gewünschten vollständigen Verflüssigung sind die wirksamen Hauptspannungen σ'1 und σ'3 im Probekörper 15 gleich Null. Die totale vertikale Hauptspannung, die totale horizontale Hauptspannung und der Porenwasserdruck sind dabei gleich groß.With the desired complete liquefaction, the effective principal stresses σ′ 1 and σ′ 3 in the
Messtechnisch wird festgestellt, dass dann, wenn alle Hauptspannungen σ'1 und σ'3 gleich groß sind, die gewünschte vollständige Verflüssigung des Probekörpers 15 eingetreten ist.It is determined metrologically that when all principal stresses σ′ 1 and σ′ 3 are the same, the desired complete liquefaction of the
Es wird in
Dabei nimmt der durch das Stauchen vollständig verflüssigte Probekörper 15 die geometrische hohlzylindrische Innenkontur des Versuchs-Stützelementes 4 mit dem Innenradius ri,z an.The
Dabei setzen sich die Körner des Probekörpers 15 in dem Boden-/Wassergemisch ab. Da der Probekörper 15 noch im undränierten Zustand vorliegt, bildet sich wegen der Volumenkonstanz des Probekörpers 15 oberhalb der sich absetzenden Körner eine Wasserschicht.The grains of the
Konsolidieren des verflüssigten Probekörpers 15:
- Anschließend wird der Probekörper 15 zum Zwecke des Abbaus des Porenwasserdruckes mit einer geringen Spannung konsolidiert.
- The
test specimen 15 is then consolidated with a low level of stress for the purpose of reducing the pore water pressure.
Das Konsolidieren erfolgt über die Leitung 17A durch Öffnen des Absperrventils 17, dass die Leitung 17A von der Atmosphäre trennt.Consolidation is effected via
Dabei wird die Wasserschicht aus dem Probekörper 15 herausgedrückt. Durch das Konsolidieren kann sich der Außenradius r des Probekörpers 15 in Abhängigkeit von den spezifischen Materialeigenschaften des Probenmaterials des Probekörpers 15 wieder (geringfügig) vermindern.The water layer is pressed out of the
Die totale Hauptspannung σ3 (der Zelldruck im Probekörper 15) sollte während des Konsolidierens zweckmäßigerweise dem Absolutwert des den Probekörper 15 stützenden Unterdruckes entsprechen, wie nachfolgend erläutert ist.The total principal stress σ 3 (the cell pressure in the test piece 15) should suitably correspond to the absolute value of the negative pressure supporting the
Stützen der Probekörpers 15 nach der Konsolidierung durch Aufbringen eines Unterdrucks in dem als geschlossener Zylinder ausgebildeten vollständig verflüssigten Probekörpers 15:
- Anschließend erfolgt das
Schließen der Leitung 17A durch Schließen des Absperrventils 17, sodass der Probekörper 15 wieder von der Atmosphäre getrennt ist.
- The
line 17A is then closed by closing the shut-offvalve 17 so that thetest specimen 15 is isolated from the atmosphere again.
Nach Abschluss der Konsolidation wird nämlich über die Leitung 7 durch Öffnen des zugehörigen Absperrventils 7A ein stützender Unterdruck in den vollständig verflüssigten Probekörper 15 eingebracht. Zeitgleich wird die totale Hauptspannung (σ3 (der Zelldruck im Probekörper 15) auf Atmosphärendruck abgesenkt. Damit bleibt die auf das Korngerüst des Probekörpers 15 wirkende wirksame Hauptspannung σ'3 konstant.After completion of the consolidation, a supporting negative pressure is introduced into the completely liquefied
Ausbau der Probekörper-Anordnung 4, 15 aus dem Triaxialgerät 100:
- Danach wird die Probekörper-
Anordnung 4, 15aus dem Triaxialgerät 100 nach dem Öffnen desTriaxialgerätes 100 ausgebaut.
- After that, the
specimen arrangement 4, 15 is removed from thetriaxial device 100 after thetriaxial device 100 has been opened.
Nach Abbau des Versuchs-Stützelementes 4, insbesondere der beiden Halbschalen des Stütz-Hohlzylinders liegt in der elastischen Hülle 13 ein durch den Unterdruck gestützter statisch stabiler zylindrischer Probekörper 15 vor, dessen Gefüge nachweislich nach einer Bodenverflüssigung entstanden ist. Dieser Probekörper 15 kann nun anstelle von Vor-Ort entnommenen ungestörten Bodenproben als laborativ vollständig verflüssigte Bodenprobe analog untersucht werden, das heißt es kann die eigentliche laborative Untersuchung der Setzungs-, Sackungs-, Wasserdurchlässigkeits- und Festigkeitseigenschaften anhand dieses „künstlich“ hergestellten vollständig verflüssigten Probekörpers 15 vorgenommen werden, sodass sich in vorteilhafter Weise eine Vor-Ort-Entnahme einer ungestörten Bodenprobe erübrigt.After dismantling the test support element 4, in particular the two half-shells of the support hollow cylinder, there is a statically stable
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Triaxialgerättriaxial device
- 11
- Druckstempelpressure stamp
- 22
- Triaxialgerät-KopfplatteTriaxial headstock
- 33
- Probekörper-KopfplatteSpecimen headstock
- 44
- Versuchs-Stützelementexperimental support element
- 55
- Triaxialgerät-WandungTriaxial device wall
- 66
- Befestigungselementfastener
- 77
- Absperrventilshut-off valve
- 7A7A
- Porenwasserdruckleitungpore water pressure line
- 88th
- Triaxialgerät-BodenplatteTriaxial device base plate
- 99
- Absperrventilshut-off valve
- 9A9A
- Zellendruckleitungcell pressure line
- 1010
- Filterelementfilter element
- 1111
- Probekörper-BodenplatteSpecimen floor plate
- 1212
-
unverflüssigter Probekörper [
1 ]non-liquefied specimen [1 ] - 1313
- elastische Hülleelastic sleeve
- 1414
- Absperrventilshut-off valve
- 14A14A
- Entlüftungsleitungvent line
- 1515
-
vollständig verflüssigter Probekörper [
2 ]completely liquefied specimen [2 ] - 1616
- Filtersteinfilter stone
- 1717
- Absperrventilshut-off valve
- 17A17A
- Entlüftungsleitungvent line
- 2, 5, 82, 5, 8
- Triaxialzelletriaxial cell
- P1P1
- Bewegungsrichtungdirection of movement
- ΔhvΔhv
- Höhendeformation des Probekörpers bis zur VerflüssigungHeight deformation of the specimen up to liquefaction
- ΔhvorΔhvor
- Abstand vor der HöhendeformationDistance before height deformation
- ΔhnachΔhafter
- Abstand nach der HöhendeformationDistance after height deformation
- ri,zri, z
- Innenradius des Versuchs-Stützelementes 4Inner radius of the test support element 4
- di,ztue, e.g
- Innendurchmesser des Versuchs-Stützelementes 4Inner diameter of the test support element 4
- rright
-
Außenradius des Probekörpers 12Outer radius of
specimen 12 - hH
-
Höhe des Probekörpers 12Height of
specimen 12
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021134241.4A DE102021134241B4 (en) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | Method for producing a loose rock specimen and static triaxial device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021134241.4A DE102021134241B4 (en) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | Method for producing a loose rock specimen and static triaxial device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021134241A1 true DE102021134241A1 (en) | 2023-06-22 |
DE102021134241B4 DE102021134241B4 (en) | 2024-08-29 |
Family
ID=86606565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021134241.4A Active DE102021134241B4 (en) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | Method for producing a loose rock specimen and static triaxial device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021134241B4 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010181232A (en) | 2009-02-04 | 2010-08-19 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Method of preparing test sample for triaxial test |
CN106930268A (en) | 2017-03-21 | 2017-07-07 | 中国矿业大学 | A kind of combination vacuum preloading prepares the double drainage consolidation device and consolidation technique of manipulated soil |
-
2021
- 2021-12-22 DE DE102021134241.4A patent/DE102021134241B4/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010181232A (en) | 2009-02-04 | 2010-08-19 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Method of preparing test sample for triaxial test |
CN106930268A (en) | 2017-03-21 | 2017-07-07 | 中国矿业大学 | A kind of combination vacuum preloading prepares the double drainage consolidation device and consolidation technique of manipulated soil |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Geomation, Produktkatalog, Vollautomatische Labor- und Feldprüftechnik für Material & Baugrund, KAT-2018-1, 2019, S. 1-90. URL: https://www.geomation.de/katalog_www_geomation_de.pdf [abgerufen am 26.08.2022] |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102021134241B4 (en) | 2024-08-29 |
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