Forschungsprojekt "Mechanismus von Verdichtungssprengungen zur Verbesserung ungünstiger Baugrundverhältnisse"

Abschlussjahr:1999
Zusammenfassung:Der Vorgang der Sprengbelastung eines repräsentativen, annähernd wassergesättigten, enggestuften, rolligen Lockergesteins wurde in einer Serie von mechanischen Ähnlichkeitsversuchen untersucht. Die experimentellen Ergebnisse stehen im Einklang mit denen früherer Untersuchungen und werden vergleichend diskutiert. Durch die Klärung des Mechanismus von Verdichtungssprengungen werden wichtige Merkmale einer neuen Theorie erarbeitet. Zur mathematischen Beschreibung des Verhaltens von teil- und vollgesättigten Lockergesteinen unter der Belastung von Sprengungen ist ein auf die Mischungstheorie aufgebautes kontinuumsmechanisches Modell entwickelt worden, das das Lockergestein als Mehrphasenkörper eines porösen Feststoffs und eines Fluids sowie eines Gases als Porenfüllung erfasst. Als Ausgangspunkt der neuen Theorie wurde ein System von Erhaltungsgleichungen für ein von einer oder mehreren Stoßwellenfronten gestreiftes beliebiges Lockergesteinsgebiet formuliert. Im Rahmen einer Arbitrary-Lagrangian-Eulerian-Beschreibung wird ein Referenzkoordinatensystem eingeführt, um die starke Abnahme effektiver Spannungen zu modellieren. Die Aufgabenstellung wird mit deduktiven konstitutiven Gleichungen abgeschlossen, die für unterschiedliche Gemischtypen mit mikroskopisch kompressiblen und inkompressiblen Lockergesteinsphasen aus der Entropieungleichung hervorgehen. Ergänzend werden induktive konstitutive Gleichungen eingeführt und eine verallgemeinerte hypoplastische konstitutive Gleichung als Evolutionsgleichung der effektiven Spannungen im baro-, argo- und pyknotropen Korngerüst postuliert. Anfangs- und Randbedingungen sowie ein Vorschlag für die Bewegung des Referenzkoordinatensystems ergänzen die Aufgabenstellung, die unter der Annahme einer nichtentmischenden Gemischbewegung, eines isotropen totalen Spannungszustands sowie der mikroskopischen Inkompressibilität der Fluid- und Feststoffphase in eine geschlossene analytische Problemstellung überführt und numerisch gelöst wird. Zur verbesserten Modellierung von Sprengungen mit verfügbaren numerischen Methoden der Geotechnik werden Empfehlungen unterbreitet. Die Lösung der entwickelten Aufgabenstellung für allgemeinere Fälle steckt die Richtung zukünftiger Forschung ab.
Bearbeiter:Prof. Dr. habil. Dr. h. c. W. Förster, Dipl.-Ing. N. Tamaskovics
Fördernde Institution:Deutsche Forschungsgemeinschaft