GGU-STABILITY: Konsolidationstheorie

Wenn bindige Schichten schneller belastet werden, als sie das Porenwasser abgeben können, entstehen Porenwasserüberdrücke, die erst allmählich abgebaut werden. Dieser Vorgang wird als Konsolidierung bezeichnet. Für den eindimensionalen Fall existiert eine geschlossene Lösung (siehe z.B. Das; Advanced Soil Mechanics; McGraw Hill). Folgende Eingabegrößen sind notwendig:

Δu = Porenwasserüberdruck zum Zeitpunkt t = 0 (konstant über die gesamte Schichtdicke)
E_s = Steifemodul der Schicht
k = Wasserdurchlässigkeit der Schicht
d = Dicke der Schicht
t = Zeitpunkt, an dem die Porenwasserüberdrücke bestimmt werden sollen.

Weiterhin sind die Entwässerungsbedingungen der Schicht zu berücksichtigen:

Entwässerung nach oben und unten
Entwässerung nur nach oben
Entwässerung nur nach unten

Das Programm ermöglicht die Eingabe dieser Werte über so genannte Konsolidationsschichten.

Konsolidationsschichten werden über zwei begrenzende Polygone definiert. Jedem Polygonpunkt muss ein Porenwasserdruck zugeordnet werden. In obiger Abbildung ist eine Konsolidationsschicht dargestellt, die nach oben und unten entwässern kann. Auf Grund der nicht horizontalen Lage wird sich tatsächlich eine zweidimensionale Konsolidierung einstellen. Mit ausreichender Genauigkeit und im Allgemeinen auf der sicheren Seite liegend, rechnet das Programm mit einer eindimensionalen Konsolidation in vertikaler Richtung. Wenn ein Lamellenfußpunkt innerhalb der Schicht liegt, wird aus den beiden Polygonen die Schichtdicke bestimmt. Zusammen mit der vertikalen Lage innerhalb der Schicht und den restlichen maßgebenden Größen bestimmt das Programm den Porenwasserüberdruck zum von Ihnen vorgegebenen Zeitpunkt. Wenn Sie mit Konsolidations-schichten rechnen, sind gegebenenfalls für das gleiche System mehrere Berechnungen mit unterschiedlichen Zeiten erforderlich.

Neben der klassischen Konsolidationstheorie beherrscht das Programm auch den Fall, das die Konsolidierung durch Vertikaldräns (z.B. Sanddräns) beschleunigt wird. Die Grundlagen sind in Das; Advanced Soil Mechanics; McGraw Hill beschrieben.

Die Wabenstruktur um ein Drän kann in einen äquivalenten Kreis umgerechnet werden, so dass für jedes Drän eine rotationssymmetrische Konsolidationsberechnung erfolgen kann. In diesem Fall findet nach der Theorie der Abbau des Porenwasserüberdrucks nur horizontal zu den Dräns statt (rotationssymmetrisch), so dass Entwässerungsbedingungen an der Schichtunterkante und der Schichtoberkante nicht angegeben werden müssen. Dafür muss jedoch der Abstand der Dräns d_e untereinander und der Radius r_w der Dräns angegeben werden. In Konsolidationsschichten mit Vertikaldräns ist der Porenwasserüberdruck zu jedem Zeitpunkt konstant über die Schichtdicke. Veränderlich ist jedoch der Porenwasserüberdruck in Abhängigkeit vom Abstand r_e zur Achse des Vertikaldräns. Das Programm bestimmt den Mittelwert der Porenwasserdruckverteilung.

Die Größe der berechneten Porenwasserdruckverteilung kann sehr schön sichtbar gemacht werden, wenn Sie im Menüeintrag "Ausnutzungsgrade / Einstellung" den Schalter

aktivieren. Das funktioniert allerdings nicht bei einer Berechnung nach dem Verfahren der "Starrkörperbruchmechanismen" oder nach der "Blockgleitmethode". Bei diesen Berechnungsverfahren entnehmen Sie die Größe aus dem Datenprotokoll unter "Ausnutzungsgrade / Ergebnisse sehen" Knopf "Details".