Experimentelle Bestimmung der Nichtlinearität von Spannungsgrenzbedingungen im Bereich geringer Spannungen

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass es sich bei den Scherparametern &phgr;' und c' der Mohr-Coulombschen Bruchbedingung nicht um Materialkonstanten, sondern um zustandsabhängige Kennwerte handelt. Folglich weist die Spannungsgrenzbedingung überkonsolidierter Böden eine Nichtlinearität auf, die sich im Bereich geringer Spannungen in einer mehr oder weniger starken Krümmung der Grenzumhüllenden zum Koordinatenursprung äußert. Mithilfe experimenteller Untersuchungen wurde die Entwicklung der effektiven Scherparameter als Funktion des mittleren Druckniveaus sowie der Vorbelastung analysiert. Dazu wurden Bodenproben eines schluffigen Tons auf unterschiedliche Überkonsolidierungsgrade und -spannungen vorbelastet und im Anschluss entlang verschiedener unkonventioneller Spannungspfade abgeschert, um auch in den Bereich sehr niedriger Spannungen vorzudringen, der mit konventionellen triaxialen Kompressionsversuchen schwer zu erkunden ist. Die Versuchsreihe hat belegt, dass insbesondere die vom Boden erfahrene Höchstspannung Einfluss auf den Grad der Nichtlinearität des Bruchkriteriums hat: je höher die Vorbelastung, desto ausgeprägter die Krümmung. Das Überkonsolidierungsverhältnis wirkt sich dahingegen deutlicher auf die Steifigkeit der Bodenreaktion aus, was indirekt für eine Abhängigkeit der volumetrischen Antwort vom Spannungspfad spricht.

Experimental determination of the non-linearity of failure criteria in the low stress range
. Earlier research has shown that the Mohr-Coulomb shear parameters &phgr;' und c' are no material constants but state dependent parameters. Consequently, the failure criterion of overconsolidated soils exhibits non-linearity, particularly under low confinement stresses, in the shape of a more or less pronounced curvature of the envelope towards the origin. With the help of experimental investigations, the evolution of the effective shear parameters as a function of mean stress and preconsolidation stress has been analysed. Soil samples of silty clay were preloaded to different overconsolidation ratios and stresses and sheared along unconventional stress paths in order to explore the low stress range, which is difficult to investigate by conventional triaxial compression tests. The experimental series has proven that especially the soil's maximum load influences the degree of non-linearity of the failure criterion: the higher the preconsolidation pressure, the more intense the curvature. The overconsolidation ratio on the other hand has a stronger impact on the stiffness of the soil, indirectly indicating a link between the volumetric response and the stress path followed.