Teilgesättigten Böden

Präsentation zum Thema: "Teilgesättigten Böden"—  Präsentation transkript:

1 Teilgesättigten Böden
Festigkeit teilgesättigter Böden, Erddruck und Standsicherheit der Böschungen in Teilgesättigten Böden Dr.-Ing. Yazhou Zou Geotechnik im Nochwasserschutz Vorlesung 4,

2 Wirksame Spannung in teilgesättigten Böden
-2- Inhalt Wirksame Spannung in teilgesättigten Böden Scherfestigkeit teilgesättigter Böden Erddruck in teilgesättigten Böden Standsicherheit von Böschungen in teilgesättigten Böden

3 1. Wirksame Spannung in teilgesättigten Böden
-3- 1. Wirksame Spannung in teilgesättigten Böden c [kai] s: Totale Spannung s‘: Wirksame Spannung uw: Porenwasserdruck ua: Porenluftdruck A: Gesamte Querschnittsfläche Wirksame Spannung s in teilgesättigten Böden sA s‘A uw ua Bodenkörner Porenwasser Porengas Flächenfaktor c unterschiedlicher Böden Nichtbindige Böden Bindige Böden Moraine: Moräne Boulder clay: Mergel Clay – shale: Schiefer Ton Nach Bishop  = Aw/A: Flächenfaktor, von S abhängig Aw: Querschnittsfläche des Porenwassers (ua – uw): Saugspannung Nach Gudehus: c = S(2 – S)

4 2. Scherfestigkeit teilgesättigter Böden
-4- 2. Scherfestigkeit teilgesättigter Böden Scherverhalten teilgesättigter Böden s t g 1 Teilgesättigt, S, ua und uw S: Sättigungsgrad ua: Porengasdruck uw: Porenwasserdruck t: Schubspannung s: Normalspannung g: Scherdehnung (s – ua): Netto-Normalspannung (ua – uw): Porenwasser-Saugspannung Versuchsergebnisse Scherfestigkeit tf in Abhängigkeit von Netto-Normalspannung (s – ua) tf: Scherfestigkeit Scherdehnung g Schubspannung t 1: Fest tf,1 tf,2 2: Weich Scherfestigkeit tf in Abhängigkeit von Porenwasser-Saugspannung (ua – uw)

5 2. Scherfestigkeit teilgesättigter Böden
-5- 2. Scherfestigkeit teilgesättigter Böden Schergesetz teilgesättigter Böden c [kai] Normale Spannung (s - ua) Scherfestigkeit tf Saugspannung (ua-uw)   c Nach Fredlund c‘: Wirksame Kohäsion : Wirksamer Reibungswinkel  = Sk, tan = tan (ua – uw) ist nicht nur von Sättigungsrad S abhängig, sondern auch von Be- und Entwässerungsgeschichte abhängig. Somit ist tf auch von S sowie von Be- und Entwässerungsgeschichte abhängig. 1: Primäre Bewässerung 2: Primäre Entwässerung 3: Sekundäre Entwässerung 4: Sekundäre Bewässerung ln(pu)=ln(ua-uw) S (%) 100 2 1 4 3 0,0 Für c + (s – ua)tan = Konstant

6 2. Scherfestigkeit teilgesättigter Böden
-6- 2. Scherfestigkeit teilgesättigter Böden Grenzzustand c [kai] Schergesetz nach Fredlund oder Für c(ua – uw) = Konstant: Mit Grenzbedingung kann auch geschrieben werden oder c*  t, tf (s3-ua)f (s1-ua)f (s-ua) tf Grenzbedingung: Mit

7 3. Erddruck in teilgesättigten Böden
-7- 3. Erddruck in teilgesättigten Böden Aktive Erdruck pa c [kai] Konstante Saugspannung in der Tiefe yt teilgesättigt pa Infolge Eigengewicht Infolge Kohäsion c Infolge Saugspannung (sa – uw) = 0 (gesättigte Böden) yst gesättigt pa = (sh-ua) = (s3-ua)f sv-ua = (s1-ua)f = gy y H Aktiver Erddruck: Für pa = 0 Mit dem aktiven Erddruckbeiwert: Aktiver Erddruck:

8 3. Erddruck in teilgesättigten Böden
-8- 3. Erddruck in teilgesättigten Böden Aktive Erdruck pa c [kai] Konstante Saugspannung in der Tiefe: Berechnungsbeispiel Infolge Saugspannung Infolge Saugspannung: Infolge Kohäsion c Infolge Kohäsion c: Infolge Eigengewicht Infolge Eigengewicht: g = 18 kN/m3 c = 10 kN/m2  = 30° c = 0,5 ua-uw= 20 kN/m2 y H = 5 m yt teilgesättigt Aktiver Erddruck in der Tiefe y = H: Für gesättigte Böden yst gesättigt Aktiver Erddruck: Die Tiefe

9 3. Erddruck in teilgesättigten Böden
-9- 3. Erddruck in teilgesättigten Böden Aktive Erdruck pa c [kai] Linear abnehmende Saugspannung in der Tiefe Infolge Saugspannung yt H - yt y Verteilung der Saugspannung tatsächlich fw(ua-uw) angenommen Infolge Eigengewicht Infolge Kohäsion c pa gy y H D GW Verteilung der Saugspannung in der Tiefe: Aktiver Erddruck: Für pa = 0 Mit yt ≤ D

10 3. Erddruck in teilgesättigten Böden
-10- 3. Erddruck in teilgesättigten Böden Aktive Erdruck pa c [kai] Linear abnehmende Saugspannung in der Tiefe, Boden hat Trocknungsriss pa gy y D H Trocknungsriss yc GW Infolge Saugspannung Verteilung der Saugspannung Verteilung der Saugspannung in der Tiefe: y fw(ua-uw) Infolge Eigengewicht Infolge Kohäsion c Infolge qs qs = gyc qs yt H - yt Aktiver Erddruck: Für pa = 0 Mit yt ≤ (D – yc)

11 3. Erddruck in teilgesättigten Böden
-11- 3. Erddruck in teilgesättigten Böden Aktive Erdruck pa c [kai] q [qi:te] Aktiver Erddruck pa in Abhängigkeit vom Sättigungsgrad (konstante Saugspannung in der Tiefe) Die aktive Erddruckkraft Ea nach RANKINE: 1: Riss 2: Potentielle Gleitfläche hy h Ja 1 2 G ‘: Reibungswinkel c‘: Kohäsion g: Bodenwichte Ea Ea ist auch von Sättigungsgrad, Be- und Entwässerungs-geschichte abhängig. 50 100 150 200 0.2 0.4 0.6 0.8 1 S [-] E a [kN/m] primäre Bewässerung primäre Entwässerung Die Tiefe hy der sog. Kohäsionsrisse: mit und c und (ua – uw) sind von Sättigungsgrad S, Be- und Entwässerungsgeschichte abhängig.

12 4. Standsicherheit von Böschungen in teilgesättigten Böden
-12- 4. Standsicherheit von Böschungen in teilgesättigten Böden Böschung in kohäsivem Boden q [qi:te] c [kai] Sicherheitsfaktor m: 1: Riss 2: Potentielle Gleitfläche yt h b Ja Tf N 1 2 G ‘: Reibungswinkel c‘: Kohäsion g: Bodenwichte Bei kleinstem Wert von m gilt: c und (ua – uw) sind von Sättigungsgrad, Be- und Entwässerungs-geschichte abhängig. m ist auch von Sättigungsgrad S, Be- und Entwässerungs-geschichte abhängig. 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 0.2 1 S [1] m [-] primäre Bewässerung, yt > 0 primäre Entwässerung, yt > 0 primäre Bewässerung, yt = 0 primäre Entwässerung, yt = 0 Die Tiefe hy der sog. Kohäsionsrisse: mit und Gesamte Schubkraft T: Scherwiderstand Tf: Eigengewicht G:

13 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
-13- Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit