Untersuchungen zum Verflüssigungswiderstand eines Tagebau‐Kippenbodens bei Anregung durch erdbebentypische Signale

Für die Böschungen der geplanten Tagebauseen im Rheinischen Revier muss der Nachweis der Standsicherheit unter Erdbebeneinwirkung erbracht werden. Hierfür sind laut der Richtlinie für die Untersuchung der Standsicherheit von Böschungen der im Tagebau betriebenen Braunkohlenbergwerke (RfS – Richtline für Standsicherheitsuntersuchungen [1]) die bleibenden Böschungen so zu gestalten und aufzubauen, dass eine Bodenverflüssigung „nicht zu besorgen“ ist. Für den Nachweis gegen Bodenverflüssigung, bei dem Einwirkungen und Bodenwiderstände lokal miteinander verglichen werden, wird das irreguläre Erdbebensignal in ein reguläres Signal mit einer äquivalenten Anzahl an Zyklen und konstanter Amplitude überführt. Im Rahmen dieses Beitrags wird diese Konvertierung für ein typisches Erdbebensignal des Rheinischen Reviers untersucht, welches aus einer dynamischen Finite‐Elemente‐Berechnung erhalten wurde. Zur Untersuchung des Verflüssigungsverhaltens eines Tagebau‐Kippenbodens bei Einwirkung dieses Erdbebensignals werden Triaxialversuche mit vertikaler zyklischer Belastung und Hohlzylindertriaxialversuche mit zyklischer Torsionsbeanspruchung durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche werden mit den Daten aus weiteren Versuchen mit konstanter Amplitude verglichen. Es kann gezeigt werden, dass der Faktor zur Konvertierung von irregulären in reguläre Signale von der Art der Beanspruchung und der Größe der statischen Schub‐ bzw. Deviatorspannung abhängt. Auf Basis der Versuche werden Empfehlungen für den Ansatz von für das Rheinische Revier gegeben.

For the embankments of the planned opencast mining lakes in the Rhenish mining area, the proof of the stability under earthquake action must be provided. According to the guideline for the investigation of the stability of slopes in lignite opencast mines (RfS – Richtlinie für Standsicherheitsuntersuchungen [1]), the permanent slopes must be designed and constructed in such a way that a soil liquefaction is not to be expected. For the proof, in which actions and soil resistances are locally compared with each other, the irregular earthquake signal is converted into a regular signal with an equivalent number of cycles and constant amplitude. In this paper, this conversion is investigated for a typical earthquake signal of the Rhenish area, which was obtained from a dynamic finite element calculation. Triaxial tests with vertical cyclic loading and hollow cylinder triaxial tests with cyclic torsional loading are performed to investigate the liquefaction behaviour of an opencast mine soil under the influence of this earthquake signal. The results of these tests are compared with data from further tests with constant amplitude. It can be shown that the factor β for converting irregular to regular signals depends on the type of loading and the magnitude of the static shear or deviatoric stress. On the basis of the experiments, recommendations for the choice of β for the Rhenish mining area are given.