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 1 ein Triaxialgerät 100 mit einem unverflüssigten Lockergesteinsprobekörper 12 und die 2 das Triaxialgerät 100 mit einem vollständig verflüssigten Lockergesteinsprobekörper 15 zeigt.In the following the invention will be explained in more detail, with the 1 a triaxial device 100 with an unliquefied loose rock specimen 12 and the 2 shows the triaxial device 100 with a completely liquefied loose rock specimen 15.

In den Figuren werden für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet. Es wird gebeten, die 1 und 2 in einer Zusammenschau zu betrachten. Zudem wird das Probenmaterial des Lockergesteinsprobekörpers zur Vereinfachung nachfolgend nur noch unverflüssigter Probekörper 12 oder vollständig verflüssigter Probekörper 15 ) genannt.In the figures, the same reference numbers are used for the same components. It is asked that 1 and 2 to be considered in a synopsis. In addition, for the sake of simplicity, the sample material of the unconsolidated rock test body is only referred to below as non-liquefied test body 12 or completely liquefied test body 15 ).

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 triaxial device 100, known per se, in which settlement, subsidence, water permeability and strength behavior is carried out in a known manner, is used according to the invention to produce a fully liquefied test body 15 in the laboratory with the internal structure of a loose rock sample of a loose rock structure, which according to after complete liquefaction and subsequent consolidation.

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 einer elastische Hülle 13, insbesondere einer Gummihülle verbracht wird.
The procedure is as follows:
  • 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 an elastic 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 sample base plate 11 shown in the figures is connected to a lower open end of the elastic sleeve 13 .

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 elastic sleeve 13 is sealed in a gas-tight manner.

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 body base plate 11 by means of at least one further fastening element (not shown), which is later removed again. For example, two cylindrical half-shells are used as the filling support element. The upper open end of the elastic sleeve 13 is also temporarily connected to the upper end of the filling support element, in particular the two cylindrical half-shells, by means of at least one other fastening element, also not shown.

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 specimen head plate 3 is put on, with the elastic sleeve 13 preferably being fastened in a gas-tight manner to the lateral surface of the at least one specimen head plate 3 by means of a similar at least one fastening element 6 (elastic rings, in particular rubber rings).

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 specimen top plate 3 has a filter stone 16 which is connected to an openable line 17A shown in the figures creates a connection between the otherwise gas-tight cavity or the sample material arranged therein and the environment.

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 body bottom plate 11 and the test body top plate 3 formed by the lateral surfaces. This ensures that the sample material is statically supported in the cylinder designed as an elastic sleeve 13 and the elastic sleeve 13 with the filled sample material does not collapse and has the predetermined geometric shape of a cylinder.

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 cylindrical specimen 12 is thus formed by the specimen top plate 3 . The base of the cylindrical specimen 12 is formed by the specimen base plate 11 . The outer surface of the cylindrical specimen 12 is formed by the elastic sleeve 13, which is supported by the filling support element.

Die derart ausgebildete Vorstufe einer gewünschten Probekörper-Anordnung wird ohne das Befüll-Stützelement in eine in den 1 und 2 gezeigte Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 eingebaut, dessen Triaxialzellen-Kopfplatte 2 noch offen ist, wie nachfolgend erläutert wird.The thus formed precursor of a desired specimen arrangement is without the filling support element in a 1 and 2 shown triaxial cell 2, 5, 8 of the triaxial device 100 installed, the triaxial cell top plate 2 is still open, as will be explained below.

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 triaxial device 100 essentially comprises a triaxial device wall 5 and the triaxial cell top plate 2 as well as a triaxial cell bottom plate 8, which when closed adjoins the triaxial device wall 5 and a closed gas-tight working space in the so-called triaxial cell 2, 5, 8 of the Form triaxial device 100.

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 triaxial cell 2, 5, 8 via the filter block 16 arranged in the test body head plate 3 and the line 17A arranged on it in the cylinder surrounding the test body 12, which vacuum creates the specified geometric shape of the cylinder between the specimen head plate 3 and the specimen base plate 11 is statically stabilized in such a way that the preliminary stage of the desired specimen arrangement - now without a filling support element - can be arranged in the triaxial cell 2, 5, 8 of the triaxial device 100, with the the filling support element is not lost through the generated vacuum.

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 cylindrical specimen 12, located in the envelope 13 and supported by vacuum, in the triaxial cell 2, 5, 8 of the triaxial apparatus 100, another static support element, referred to as the test support element 4, is again placed.

Das in den 1 und 2 dargestellte Versuchs-Stützelement 4 bildet einen Versuchs-Stützhohlzylinder, der in der Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 auf der Triaxialzellen-Bodenplatte 8 montiert wird.That in the 1 and 2 The test support element 4 shown forms a test support hollow cylinder which is mounted in the triaxial cell 2, 5, 8 of the triaxial device 100 on the triaxial cell base plate 8.

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 elastic sleeve 13 of the cylindrical test body 12, but on the cylindrical lateral surface of the elastic sleeve 13 of the cylindrical test body 12 can be located remotely, as will be explained in more detail below.

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 test specimen 12 in the elastic sleeve 13 with the non-liquefied sample material arranged therein and the test specimen top plate 3 arranged above and the test specimen base plate 11 arranged below, with the Test support element 4 designed as a hollow cylinder (half shells) is arranged in such a way that its inner diameter d i,z is larger than the outer diameter of the cylindrical body of the test specimen 12.

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 elastic sleeve 13, or by the test specimen top plate 3 and the test specimen bottom plate 11 .

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-moist test specimen 12 supported with negative pressure.

Gemäß 1 ist der Außenradius r und die Höhe h des erdfeuchten, mit Unterdruck gestützten Probekörpers 12 in der Ausgangsposition des Probekörpers 12 bekannt. r i , z r 2 h h Δ h v

Figure DE102021134241A1_0001
According to 1 the outer radius r and the height h of the earth-moist test body 12 supported with negative pressure in the starting position of the test body 12 are known. right i , e.g right 2 H H Δ H v
Figure DE102021134241A1_0001

Der Betrag Δhv (vergleiche 2) entspricht in dieser Gleichung (1) einer Probenhöhendifferenz, die sich von einer Probenhöhe Δhvor des erdfeuchten, mit Unterdruck gestützten Probekörpers 12 (vergleiche 1) vor der vollständigen Verflüssigung und anschließender Konsolidierung in der Ausgangsposition und einer Probenhöhe Δhnach bei Erreichen einer Endposition des Probekörpers 15 (2) nach der vollständigen Verflüssigung und anschließender Konsolidierung einstellt.The amount Δh v (compare 2 ) corresponds in this equation (1) to a sample height difference, which differs from a sample height Δh in front of the earth-moist test body 12 supported with negative pressure (cf 1 ) before complete liquefaction and subsequent consolidation in the starting position and a sample height Δh after reaching an end position of the sample 15 ( 2 ) after complete liquefaction and subsequent consolidation.

Die Probenhöhendifferenz Δhv wird durch einen Vorversuch ermittelt, wobei die Probenhöhendifferenz Δhv, beispielsweise der Differenz der Abstände Δhnach - Δhvor (Δhnach > Δhvor) gemäß den 1 und 2 entspricht.The sample height difference Δh v is determined by a preliminary test, the sample height difference Δh v , for example the difference in the distances Δh after - Δh before (Δh after > Δh before ) according to the 1 and 2 is equivalent to.

Aus den 1 und 2 wird weiter deutlich, dass sich die Probekörper-Kopfplatte 3 innerhalb des Versuchs-Stützhohlzylinders in Bezug auf die 1 und 2 vertikal bewegen kann, wobei die vertikale Richtung der Bewegungsrichtung (vergleiche die Doppelpfeile P1) eines Druckstempels 1 des Triaxialgerätes 100 innerhalb der Triaxialzellen-Kopfplatte 2 des Triaxialgerätes 100 entspricht. Der Druckstempel 1 ist mit der Probekörper-Kopfplatte 3 fest verbunden. Eine Mittelachse der Versuchs-Probekörper-Anordnung, die quer zu den Platten 3, 11 in Längserstreckung des Probekörpers 12 stimmt mit einer Mittelachse des Druckstempels 1 des Triaxialgerätes 100 überein. Der in der Triaxialzellen-Kopfplatte 2 gemäß dem dargestellten Doppelpfeil P1 reversibel beweglich angeordnete Druckstempel 1 greift im Ausführungsbeispiel, wie die 1 und 2 zeigen in eine Vertiefung der Probekörper-Kopfplatte 3 ein.From the 1 and 2 is further clear that the specimen head plate 3 within the test support hollow cylinder with respect to the 1 and 2 can move vertically, the vertical direction of the direction of movement (compare the double arrows P1) of a plunger 1 of the triaxial device 100 within the triaxial cell top plate 2 of the triaxial device 100 corresponds. The plunger 1 is firmly connected to the head plate 3 of the specimen. A central axis of the test specimen arrangement, which is transverse to the plates 3, 11 in the longitudinal extension of the specimen 12, corresponds to a central axis of the pressure stamp 1 of the triaxial device 100. The in the triaxial cell head plate 2 according to the illustrated double arrow P1 arranged reversibly movable plunger 1 engages in the embodiment, like the 1 and 2 point into an indentation of the specimen head plate 3.

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 triaxial cell 2, 5, 8 of the triaxial device 100 is sealed gas-tight by placing the triaxial cell top plate 2 on it. The line 17 is led out of the triaxial cell 2, 5, 8 of the triaxial device 100, as is not shown in detail.

An die Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 ist weiter eine Entlüftungsleitung 14A mit einem öffenbaren Absperrventil 14 angeschlossen.To the triaxial cell 2, 5, 8 of the triaxial device 100, a ventilation line 14A with a shut-off valve 14 that can be opened is also connected.

An die Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 ist eine Zellendruckleitung 9A mit einem öffenbaren Absperrventil 9 angeschlossen.A cell pressure line 9A with a shut-off valve 9 that can be opened is connected to the triaxial cell 2, 5, 8 of the triaxial device 100.

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 water pressure line 7A with an openable shut-off valve 7 is also connected to the triaxial cell 2, 5, 8 of the triaxial device 100, the pore water pressure line 7A being connected to a further filter stone 10 which is arranged in the test specimen base plate 11.

Die Verwendung der Porenwasserdruckleitung 7A im Rahmen dieser Erfindung wird nachfolgend noch erläutert.The use of the pore water pressure line 7A within the scope of this invention will be explained below.

Nach alledem liegen gemäß 1 die strukturellen und verfahrenstechnischen Voraussetzungen vor, um die innere Struktur des erdfeuchten Probekörpers 12, die einer bestimmten Lockergesteinsstruktur entspricht, die sich nach nachweislich vollständiger Verflüssigung und anschließender Konsolidierung einstellt, herzustellen.After all lie according to 1 the structural and procedural prerequisites in order to produce the inner structure of the earth-moist specimen 12, which corresponds to a specific loose rock structure, which is established after demonstrably complete liquefaction and subsequent consolidation.

Der hergestellte innere Struktur des vollständig verflüssigten Probekörpers mit dem Bezugszeichen 15 gemäß 2 entspricht der Struktur vollständig verflüssigter Lockergesteine, die nach der Verflüssigung aus der verflüssigten Gas-Wasser-Feststoff-Suspension (Feststoff = Probenmaterial) durch Konsolidation infolge des sich abbauenden Porenwasserdrucks entsteht.The manufactured internal structure of the fully liquefied test body with the reference number 15 according to 2 corresponds to the structure of completely liquefied unconsolidated rock, which is formed after liquefaction from the liquefied gas-water-solid suspension (solid = sample material) through consolidation as a result of the decreasing pore water pressure.

Mit anderen Worten, 2 verdeutlicht den zylindrischen vollständig verflüssigten Lockergesteinsprobekörper 15, dessen innere Struktur einer Lockergesteinsstruktur entspricht, die sich nachweislich nach vollständiger Verflüssigung und anschließender Konsolidierung einstellt.In other words, 2 illustrates the cylindrical, completely liquefied loose rock specimen 15, the internal structure of which corresponds to a loose rock structure that has been proven to occur after complete liquefaction and subsequent consolidation.

Diese gewünschte innere Struktur des verflüssigten Probekörpers 15 wird wie folgt hergestellt.This desired internal structure of the liquefied specimen 15 is produced as follows.

Konsolidieren des Probekörpers 12 im statischen Triaxialgerät 100:

  • Nach dem Einbau in die Triaxialzelle 2, 5, 8 des Triaxialgerätes 100 ist vorgesehen, dass der Probekörper 12 gemäß 1, insbesondere anisotrop konsolidiert wird. Dazu werden mittels des Druckstempels 1 geringe Spannungen vorzugsweise im Bereich zwischen 40 kPa und 100 kPa auf den Probekörper 12 aufgebracht, die durch eine Bewegung des Druckstempels 1 in Richtung des Probekörpers 12 aufgebracht werden.
Consolidating Specimen 12 in Static Triaxial Apparatus 100:
  • After installation in the triaxial cell 2, 5, 8 of the triaxial device 100, it is provided that the specimen 12 according to FIG 1 , in particular anisotropically consolidated. For this purpose, low stresses, preferably in the range between 40 kPa and 100 kPa, are applied to the test specimen 12 by means of the pressure stamp 1 , which stresses are applied by moving the pressure stamp 1 in the direction of the test 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 test body 12 to be replaced by carbon dioxide before, during or after this consolidation. For this purpose it is provided that the test body 12 is flowed through with carbon dioxide.

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 water pressure line 7A of the triaxial device 100 is used, which is provided with the openable shut-off valve 7 which is brought into an open state. The by the carbon dioxide from the Air displaced by the pores can escape from the test specimen 12 via the filter stone 16 and the line 17A leading out of the triaxial device 100 to the outside, in which the openable shut-off valve 17 is arranged.

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.
Saturating the specimen 12 with water, the saturation being increased by applying a counter-pressure in the triaxial cell 2, 5, 8 surrounding the specimen 12:
  • 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 water pressure line 7A of the triaxial device 100, which is provided with the shut-off valve 7 that can be opened and is then in the open state, is again used to supply water.

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 valve 17 is in the open state, the gas displaced from the pores can escape from the test specimen 12 via the filter stone 16 and the line 17A leading out of the triaxial device 100 and in which the openable shut-off valve 17 is arranged.

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 check valves 7 and 17 are closed.

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 test body 12 has been saturated with water, a back pressure is generated in the test body 12 . It is provided that the total principal stresses σ 1 and σ 3 including the pore water pressure are increased by the same amount. The effective principal stresses σ′ 1 and σ′ 3 acting on the grain structure of the test specimen 12 thus remain constant.

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 specimen 12 in a triaxial device 100 is generally known to the person skilled in the art and is not explained in more detail here.

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 specimen 12 compresses the gas fractions still present in the specimen 12, as a result of which the saturation number in the specimen 12 increases. Advantageously, the liquefaction capacity of the specimen 12 increases.

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.
Undrained passive compression of the specimen 12 until complete liquefaction, the liquefaction of the specimen 12 being controlled by measuring the principal stresses:
  • In the next method step, the test body 12 is passively compressed until the test 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 specimen 15 are equal to zero. The total vertical principal stress, the total horizontal principal stress and the pore water pressure are the same.

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 test body 15 has occurred.

Es wird in 2 insbesondere deutlich, dass das Versuchs-Stützelement 4 ein Zerfließen, des in der elastischen Hülle 13 angeordneten Probekörpers 15 verhindert.it will be in 2 It is particularly clear that the test support element 4 prevents the test specimen 15 arranged in the elastic sleeve 13 from flowing away.

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 test body 15, which has been completely liquefied as a result of the upsetting, assumes the geometric hollow-cylindrical inner contour of the test support element 4 with the inner radius r i,z .

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 test body 15 settle in the soil/water mixture. Since the sample body 15 is still in an undrained state, a layer of water forms above the grains that have settled due to the constant volume of the sample body 15 .

Konsolidieren des verflüssigten Probekörpers 15:

  • Anschließend wird der Probekörper 15 zum Zwecke des Abbaus des Porenwasserdruckes mit einer geringen Spannung konsolidiert.
Consolidate the liquefied specimen 15:
  • 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 line 17A by opening shut-off valve 17 that isolates line 17A from the atmosphere.

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 test specimen 15 in the process. Due to the consolidation, the outer radius r of the test body 15 can again (slightly) decrease depending on the specific material properties of the sample material of the test body 15 .

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 test piece 15 during consolidation, as explained below.

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.
Supporting the specimen 15 after consolidation by applying a vacuum in the fully liquefied test body 15 designed as a closed cylinder:
  • The line 17A is then closed by closing the shut-off valve 17 so that the test 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 sample body 15 via the line 7 by opening the associated shut-off valve 7A. At the same time, the total principal stress (σ 3 (the cell pressure in the specimen 15) is reduced to atmospheric pressure. The effective principal stress σ' 3 acting on the grain structure of the specimen 15 thus remains constant.

Ausbau der Probekörper-Anordnung 4, 15 aus dem Triaxialgerät 100:

  • Danach wird die Probekörper-Anordnung 4, 15 aus dem Triaxialgerät 100 nach dem Öffnen des Triaxialgerätes 100 ausgebaut.
Removal of the specimen arrangement 4, 15 from the triaxial device 100:
  • After that, the specimen arrangement 4, 15 is removed from the triaxial device 100 after the triaxial 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 cylindrical test body 15 supported by the negative pressure in the elastic sleeve 13, the structure of which demonstrably arose after soil liquefaction. Instead of undisturbed soil samples taken on site, this specimen 15 can now be examined analogously as a fully liquefied soil sample in a laboratory, i.e. the actual laboratory investigation of the settlement, sagging, water permeability and strength properties can be carried out using this "artificially" produced, fully liquefied specimen 15 are carried out so that an on-site removal of an undisturbed soil sample is advantageously unnecessary.

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)

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, gekennzeichnet durch die Schritte, - Verbringen eines erdfeuchten, lockeren und makroporenhaltigen unverflüssigten Probenmaterials in einen einseitig offenen zylindrischen Hohlraum, der durch eine an einem Ende einer hohlzylindrischen elastischen Hülle (13) angeordnete zylindrisch Probekörper-Bodenplatte (11) gebildet wird, wobei die elastische Hülle (13) durch ein an der äußeren Mantelfläche der elastische Hülle (13) angeordnetes hohlzylindrisches Befüll-Stützelement in einer hohlzylindrischen Form gehalten wird, wobei der Innendurchmesser des Hohlzylinders des Befüll-Stützelementes dem Außendurchmesser der elastischen Hülle (13) entspricht, - Verschließen der elastischen Hülle (13) am anderen Ende mit einer zylindrischen Probekörper-Kopfplatte (3) unter Ausbildung eines zylindrischen Probekörpers (12), - Aufbringen eines Unterdrucks in dem als geschlossener Zylinder ausgebildeten Probekörpers (12), - Entfernen des Befüll-Stützelementes, - Anordnen eines als Hohlzylinder ausgebildeten Versuchs-Stützelementes (4), an der durch die elastische Hülle (3) ausgebildeten äußere Mantelfläche, des als geschlossener Zylinder ausgebildeten Probekörpers (12), wobei der Innendurchmesser di,z des Hohlzylinders des Versuchs-Stützelementes (4) größer ist als der Außendurchmesser der elastische Hülle (13), - Einsetzen des mit dem Probenmaterial befüllten geschlossenen Zylinders und des Versuchs-Stützelementes (4) in eine Triaxialzelle (2, 5, 8) eines statisches Triaxialgerätes (100), - Konsolidieren des Probekörpers (12) im statischen Triaxialgerät (100), - 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, - Undräniertes passives Stauchen des Probekörpers (12) bis zur vollständigen Verflüssigung, wobei die Verflüssigung des vollständig verflüssigten Probekörpers (15) durch die Messung der Hauptspannungen kontrolliert wird, - Konsolidieren des vollständig verflüssigten Probekörpers (15) verflüssigten Probekörpers (15), - Stützen der vollständig verflüssigten Probekörpers (15) nach der Konsolidierung durch Aufbringen eines Unterdrucks in dem als geschlossener Zylinder ausgebildeten verflüssigten Probekörpers (15), - Ausbau des Probekörpers (15) aus dem Triaxialgerät (100) - Entfernen des Versuchs-Stützelementes (4).Method for producing a cylindrical, completely liquefied test body (12, 15), the internal structure of which corresponds to a loose rock structure which is established after demonstrably complete liquefaction and subsequent consolidation, characterized by the steps of - placing an earth-moist, loose and macroporous non-liquefied sample material in a one-sided open cylindrical cavity which is formed by a cylindrical test body base plate (11) arranged at one end of a hollow-cylindrical elastic sleeve (13), the elastic sleeve (13) being filled by a hollow-cylindrical filling arranged on the outer lateral surface of the elastic sleeve (13). - the supporting element is held in a hollow-cylindrical form, the inside diameter of the hollow cylinder of the filling-support element corresponding to the outside diameter of the elastic sleeve (13), - closing the elastic sleeve (13) on the other end with a cylindrical test body head plate (3) forming a cylindrical test body (12), - applying a negative pressure in the test body (12) designed as a closed cylinder, - removing the filling support element, - arranging a test body designed as a hollow cylinder supporting element (4), on the outer lateral surface formed by the elastic sleeve (3), of the test body (12) designed as a closed cylinder, the inside diameter d i,z of the hollow cylinder of the test supporting element (4) being larger than the outside diameter of the elastic sleeve (13), - inserting the closed cylinder filled with the sample material and the test support element (4) into a triaxial cell (2, 5, 8) of a static triaxial device (100), - consolidating the test specimen (12) in the static triaxial device (100), - saturating the test specimen (12) with water, the saturation being increased by applying counter-pressure in the triaxial cell (2, 5, 8) surrounding the test specimen (12), - undrained passive compression of the test specimen (12) to for complete liquefaction, whereby the liquefaction of the fully liquefied specimen (15) is controlled by measuring the principal stresses, - consolidating the fully liquefied specimen (15) liquefied specimen (15), - supporting the fully liquefied specimen (15) after consolidation Application of a negative pressure in the liquefied test body (15) designed as a closed cylinder, - removal of the test body (15) from the triaxial device (100), - removal of the test support element (4). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Probekörper (12) vor, während oder nach der anisotropen Konsolidierung mit Kohlendioxid durchströmt wird.procedure after claim 1 , characterized in that the specimen (12) is flowed through with carbon dioxide before, during or after the anisotropic consolidation. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser di,z = 2ri,z des Versuchs-Stützelementes (4) in Abhängigkeit des Außenradius r und der Höhe h des erdfeuchten, mit Unterdruck gestützten Probekörpers (12) in einer Ausgangsposition des Probekörpers (12) nach einer Gleichung (1) r i , z r 2 h h Δ h v
Figure DE102021134241A1_0002
bestimmt wird, wobei Δhv in dieser Gleichung (1) einer Probenhöhendifferenz entspricht, die sich von einer Probenhöhe Δhvor des erdfeuchten, mit Unterdruck gestützten Probekörpers (12) vor der vollständigen Verflüssigung und anschließender Konsolidierung in der Ausgangsposition des Probekörpers (12) und einer Probenhöhe Δhnach bei Erreichen einer Endposition des Probekörpers (15) nach der vollständigen Verflüssigung und der sich anschließenden Konsolidierung des Probekörpers (15) einstellt, wobei der Innendurchmesser di,z = 2ri,z des Versuchs-Stützelementes (4) mindestens dem Außendurchmessers der Befestigungselemente (4) entspricht, mittels denen die elastische Hülle (13) an der zylindrischen Probekörper-Kopfplatte (3) und der zylindrischen Probekörper-Bodenplatte (11) befestigt wird.
procedure after claim 1 , characterized in that the inner diameter d i,z = 2r i,z of the test support element (4) as a function of the outer radius r and the height h of the earth-moist test specimen (12) supported with negative pressure in a starting position of the test specimen (12) according to an equation (1) right i , e.g right 2 H H Δ H v
Figure DE102021134241A1_0002
is determined, where Δh v in this equation (1) corresponds to a sample height difference, which differs from a sample height Δh in front of the earth-moist test body (12) supported with negative pressure before complete liquefaction and subsequent consolidation in the starting position of the test body (12) and a Sample height Δh after reaching an end position of the test specimen (15) after complete liquefaction and the subsequent consolidation of the test specimen (15), with the inner diameter d i,z = 2r i,z of the test support element (4) being at least the outer diameter corresponds to the fastening elements (4) by means of which the elastic sleeve (13) is fastened to the cylindrical specimen top plate (3) and the cylindrical specimen bottom plate (11).
Probekörper-Anordnung eines mit einem Probenmaterial befüllten Probekörpers (12), der in Triaxialzelle (2, 5, 8) eines statisches Triaxialgerätes (100) anordbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein einseitig offener zylindrischen Hohlraum einer hohlzylindrischen elastischen Hülle (13), durch eine an einem Ende angeordnete Probekörper-Bodenplatte (11) verschlossen und mit dem Probenmaterial befüllbar ist, wobei die elastische Hülle (13) durch ein an der äußeren Mantelfläche der elastische Hülle (13) angeordnetes hohlzylindrisches Befüll-Stützelement in einer hohlzylindrischen Form gehalten wird, wobei der Innendurchmesser des Hohlzylinders des Befüll-Stützelementes dem Außendurchmesser der elastischen Hülle (13) entspricht, wobei die elastischen Hülle (13) an ihrem anderen Ende mit einer Probekörper-Kopfplatte (3) unter Ausbildung eines zylindrischen Probekörpers (12) verschlossen und unter Unterdruck gesetzt ist, wodurch das hohlzylindrische Befüll-Stützelement gegen ein als Hohlzylinder ausgebildeten Versuchs-Stützelementes (4) austauschbar ist, das ebenfalls an der durch die elastische Hülle (3) ausgebildeten äußeren Mantelfläche, des als geschlossener Zylinder ausgebildeten Probekörpers (12) angeordnet ist, wobei der Innendurchmesser di,z des Hohlzylinders des Versuchs-Stützelementes (4) größer ist als der Außendurchmesser der elastische Hülle (13).Test body arrangement of a test body (12) filled with a sample material, which can be arranged in the triaxial cell (2, 5, 8) of a static triaxial device (100), characterized in that a cylindrical cavity, open on one side, of a hollow cylindrical elastic sleeve (13) has a test body base plate (11) arranged at one end is closed and can be filled with the sample material, the elastic sleeve (13) being held in a hollow cylindrical shape by a hollow-cylindrical filling support element arranged on the outer surface of the elastic sleeve (13), the inner diameter of the hollow cylinder of the filling support element corresponds to the outer diameter of the elastic sleeve (13), the elastic sleeve (13) being closed at its other end with a test body head plate (3) to form a cylindrical test body (12) and under negative pressure is set, as a result of which the hollow-cylindrical filling support element can be exchanged for a test support element (4) designed as a hollow cylinder, which is also arranged on the outer lateral surface formed by the elastic sleeve (3) of the test body (12) designed as a closed cylinder, the inner diameter d i,z of the hollow cylinder of the test support element (4) being greater than the outer diameter of the elastic sleeve (13).
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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

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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]

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