Zur numerischen Berechnung der globalen Standsicherheit von Bauwerken im Boden

Der Einsatz der Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Bemessung und Nachrechnung von geotechnischen Konstruktionen nimmt stetig zu. Sowohl bei Böschungen als auch Verbauwänden werden die Vorteile der FEM bereits zur Ermittlung der Verformungen und Beanspruchungen der Bauwerke im Gebrauchszustand (SLS) genutzt. Die Anwendung im Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS) ist für Verbauwände, wie Baugruben und Kaimauern, aktuell noch Stand der Wissenschaft. Durch eine erweiterte Festigkeitsreduktion, bei der zusätzlich zu den Scherparametern des Bodens die Bauteilfestigkeit reduziert wird, wird im Rahmen der hier durchgeführten Untersuchungen der Einfluss der Konstruktion berücksichtigt. Neben der Bauteilfestigkeit spielen weitere Parameter, wie die äußere Tragfähigkeit von Ankern bzw. Zugpfählen oder die Kontaktreibung zwischen Boden und Bauteil eine Rolle bei der Ermittlung des maßgebenden Versagensmechanismus. Mithilfe eines eigens programmierten Python-Skripts wird die in Plaxis 2D implementierte Festigkeitsreduktion nachgebildet und exemplarisch an einer ausgesteiften Baugrube sowie einer rückverankerten Kaimauer angewendet und verifiziert. Durch die Erweiterung der mittels Python-Skript implementierten Festigkeitsreduktion um zusätzliche Parameter, die relevant für die globale Standsicherheit geotechnischer Konstruktionen sind, wird deren Einfluss auf die Standsicherheitsberechnung und der resultierenden Versagensmechanismen untersucht.

For the numerical calculation of the stability of structures in soil
The use of the finite element method (FEM) for the design and recalculation of geotechnical structures is steadily increasing. For both slopes and retaining walls, the advantages of the FEM are already used for accurate determination of the deformations and stresses of structures in the serviceability limit state (SLS). The application in the ultimate limit state (ULS) is currently still a research topic for structures with soil-structure interaction, such as retaining walls. An extended strength reduction, where component strength is reduced in addition to the shear parameters of the soil, is intended to account for the influence of the structure in ULS-simulations. In addition to the component strength, other parameters, such as the external load-bearing capacity of anchors or the contact friction between soil and component, play a role for determination of the governing failure mechanism. Using a Python script, the strength reduction approach implemented in PLAXIS 2D is re-implemented and verified exemplarily on a braced excavation pit and a tie-back quay wall. By extending the own strength reduction implementation with additional parameters, which are relevant for the stability of geotechnical structures, their influence on the stability calculation and the resulting failure mechanisms is investigated.