FWF - MMOC - Ein Multilaminate Modell für überkonsolidierte Böden

  • Schädlich, Bert (Teilnehmer (Co-Investigator))
  • Schweiger, Helmut (Projektleiter (Principal Investigator))

Projekt: Forschungsprojekt

Projektdetails

Beschreibung

Numerische Berechnungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode haben sich als unverzichtbares Werkzeug in der geotechnischen Praxis etabliert, trotzdem besteht noch erheblicher Forschungsbedarf, um das mechanische Verhalten von Böden besser erfassen zu können. Auf Grund des komplexen Materialverhalten von Böden, das im Wesentlichen in der geologischen Vorgeschichte begründet ist, müssen im Rahmen von numerischen Berechnungen hochentwickelte Stoffgesetze eingesetzt werden, wobei sich in der Fachliteratur bislang kein "universell" einsetzbares Stoffmodell herauskristallisiert hat. In diesem Antrag wird die Entwicklung eines Stoffmodells für stark überkonsolidierte Böden auf der Basis klassischer Plastizitätstheorie vorgeschlagen. Stoffgesetze werden in der Kontinuumsmechanik im Allgemeinen in Spannungsinvarianten formuliert, um unabhängig vom gewählten Koordinatensystem zu sein. Ein Nachteil dieser Formulierung ist, dass der Einfluss der Rotation der Hauptspannungsrichtungen definitionsgemäß unberücksichtigt bleibt und dass die Berücksichtigung anisotropen Materialverhaltens zu sehr komplexen Formulierungen führt. So genannte "Multilaminate Modelle" haben den Vorteil, dass der Effekt der Hauptspannungsrotation und anisotropes Materialverhalten ohne zusätzliche Materialkennwerte berücksichtigt werden können, da der globale Dehnungszustand durch Integration der Dehnungsinkremente auf so genannten "Kontaktebenen" berechnet wird. Die bislang an der Technischen Universität Graz entwickelten Modelle sind sogenannte doppelte Verfestigungsmodelle, die deviatorische und volumetrische Fließfunktionen enthalten. Sie können die mechanische Zerstörung von Struktur, anisotrope Festigkeit und Entfestigung in einer nichtlokalen Formulierung berücksichtigen. Die Formulierung ist jedoch nicht geeignet, das mechanische Verhalten überkonsolidierter Böden zu beschreiben, da keine Spannungszustände auf der überkritischen Seite der "critical state line" zugelassen sind. Daher wird im vorgeschlagenen Modell eine "bounding surface" eingeführt, wobei diese nicht im allgemeinen Spannungsraum definiert wird, sondern auf den Integrationsebenen. Diese "bounding surface" wird durch die Struktur des Bodens bestimmt und die Zerstörung der Struktur über eine Kombination von deviatorischen und volumetrischen Dehnungen gesteuert. Zur Modellierung der Entfestigung wird zuerst die Anwendbarkeit der vorhandenen nichtlokalen Formulierung untersucht und gegebenenfalls eine alternative Formulierung (z.B. "strong discontinuities") implementiert. Das Verhalten des Bodens unter sehr kleinen Dehnungen ("small strain stiffness") wird ebenfalls berücksichtigt. Es muss noch betont werden, dass die Kombination eines Strukturtensors mit Multilaminate Modellen die Möglichkeit eröffnet, Anisotropie von Festigkeit, Struktur und Steifigkeit mit mathematisch vertretbarem Aufwand zu realisieren. Es kann daher erwartet werden, dass mit diesem Projekt signifikante Forschritte in der Modellierung des mechanischen Verhaltens von überkonsolidierten Böden erzielt werden können.
StatusAbgeschlossen
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/02/0931/01/12

Fingerprint

Erkunden Sie die Forschungsthemen, die von diesem Projekt angesprochen werden. Diese Bezeichnungen werden den ihnen zugrunde liegenden Bewilligungen/Fördermitteln entsprechend generiert. Zusammen bilden sie einen einzigartigen Fingerprint.