Beurteilung der Verflüssigungsneigung grobkörniger Böden anhand eines Identifikationsversuchs

Abstract

Bodenverflüssigung beschreibt das Phänomen, bei dem die effektive Spannung und damit der Scherwiderstand des Bodens so stark reduziert werden, dass sich der Boden wie eine Flüssigkeit verhält. Dabei kommt es unter undrainierten Bedingungen zur Entwicklung von Porenwasserdrücken (PWD). Experimentelle Laboruntersuchungen von Zustandsvariablen und Bodenparametern, die den Aufbau von PWD beeinflussen und zur Bodenverflüssigung führen können, umfassen am häufigsten die komplexen und zeitaufwendigen undrainierten zyklischen Triaxialversuche. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein neuartiger Versuch für eine schnelle, einfache und systematische Untersuchung des PWD-Aufbaus in grobkörnigen Böden, PWD-Tester, entwickelt. Der Versuch basiert auf der PWD-Entwicklung während der zyklischen Scherung bei geschlossener Drainage einer zylindrischen wassergesättigten und konsolidierten Bodenprobe. Die Versuchsdauer, einschließlich der Probenvorbereitung, beträgt ca. 30 Minuten. Die Zuverlässigkeit des neu entwickelten experimentellen Verfahrens wurde durch systematische Untersuchungen verschiedener Zustandsvariablen (Dichte, Konsolidierungsspannung, Scheramplitude, Bodenstruktur) sowie granulometrischer Eigenschaften (Kornform, Ungleichförmigkeitszahl, mittlerer Korndurchmesser, Feinkornanteil) nachgewiesen. Darüber hinaus wurde eine Vergleichsanalyse mit Ergebnissen aus undränierten zyklischen Triaxialversuchen durchgeführt, wodurch die Plausibilität der Methode weiter gestärkt wurde. Das einfache und zeiteffiziente Verfahren des PWD-Testers in Kombination mit seinen zuverlässigen Ergebnissen unterstreicht sein Potenzial als effektiver Indextest zur Bewertung der Neigung von grobkörnigen Böden zum Aufbau von PWD. Soil liquefaction describes the phenomenon in which the effective stress and, consequently, the shear strength of the soil are significantly reduced, causing the soil to behave like a fluid. Under undrained conditions, this leads to the development of excess pore water pressure (PWP). Experimental laboratory investigations of state variables and soil parameters that influence the build-up of excess PWP and can lead to soil liquefaction most commonly involve complex and time-consuming undrained cyclic triaxial tests. A novel method for the systematic assessment of excess pore water pressure (PWP) accumulation in coarse- grained soils, referred to as the PWP Tester, was developed in this project. During testing, the evolution of excess PWP is measured under undrained conditions during cyclic shearing of a saturated and suction- consolidated cylindrical sand specimen. The duration of a single test, including specimen preparation, is approximately 30 minutes. The reliability of the newly developed experimental method was demonstrated through systematic investi- gations of various state variables (density, consolidation pressure, shear amplitude, soil fabric) as well as granulometric properties (grain shape, uniformity coefficient, mean grain diameter, fines content). Additio- nally, a comparative analysis was conducted with results from undrained cyclic triaxial tests, which further confirmed the plausibility of the method. The PWP Tester’s straightforward and time-efficient procedure, com- bined with its reliable results, highlights its potential as an effective index test for assessing the tendency of soils to generate excess PWP