Zur Bedeutung des Porenwasserdruckes für die Zugfestigkeit von Böden:
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| Format: | Thesis Book |
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Kiel
Inst. für Pflanzenernährung und Bodenkunde
1999
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| Series: | Schriftenreihe / Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde, Universität Kiel
52 |
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| adam_text | Titel: Zur Bedeutung des Porenwasserdruckes für die Zugfestigkeit von Böden
Autor: Junge, Thorsten
Jahr: 1999
Inhalt
Abbildungen............................................................................................................................................IV
Tabellen .................................................................................................................................................VI
Zusammenfassung................................................................................................................................VII
Summary.................................................................................................................................................IX
1 Einleitung.................................................................................................................................1
2 Theorie........................................................................................................................................2
2.1 Makroskopische Modellbeschreibung.....................................................................2
2.1.1 Mechanische Prozesse......................................................................................................3
2.1.1.1 Elasto-plastische Prozesse isotroper Materialien......................................................3
2.1.1.2 Zugbruch....................................................................................................................4
2.1.2 Gekoppelte mechanische und hydraulische Prozesse......................................................5
2.1.2.1 Effektive Spannung in gesattigten Boden..................................................................5
2.1.2.2 Spannungs-Deformationsverhalten teilgesattigter Boden.........................................6
2.2 Methoden zur Bestimmung der Zugfestigkeit von Boden...............................9
2.2.1 Irtdirekte Zugversuche........................................................................................................9
2.2.1.1 Biegeversuch.............................................................................................................9
2.2.1.2 Indirekter Zugversuch i.e.S......................................................................................11
2.2.1.3 Hohlzylindertechnik..................................................................................................13
2.2.2 Direkte Zugversuche........................................................................................................14
2.2.2.1 Zentrifugentechnik....................................................................................................14
2.2.2.2 PneumaSsche Bruchmethode..................................................................................14
2.2.2.3 Direkter Zugversuch i.e.S.........................................................................................16
2.3 Mikroskopische Betrachtung.....................................................................................20
2.3.1 Interpartikulare anziehende Krafte und Bindungen im unfaelebten Boden......................20
2.3.1.1 Van der Waals Krafte...............................................................................................20
2.3.1.2 Coulomb sche Anziehung........................................................................................21
2.3.1.3 Chemische Bindungen.............................................................................................21
2.3.1.4 Kapillare Kohasion...................................................................................................22
2.3.2 Berechnung der Zugfestigkeil aus dem Kraftegleichgewicht in einer gedachten
Bruchflache.......................................................................................................................25
2.3.3 Bruchmechanik.................................................................................................................34
2.3.3.1 KonSnuum-Theorien des Bruches...........................................................................34
2.3.3.1.1 Der Bruch elastischer Materialien.......................................................................36
2.3.3.1.2 Energetische Betrachtungen des Bruches elastischer Materialien.....................38
2.3.3.1.3 Der EinfluG der Plastizitat auf den BruchprozeB.................................................39
2.3.3.2 Grunde fur die Anwendung der Bruchmechanik auf Boden....................................40
2.3.4 Beitragdes Porenwassers zur Zugfestigkeit eines Bodens.............................................42
2.3.4.1 Kapillare Kohasion und Partikelseparierung............................................................43
2.3.4.2 Kapillare Kohasion und Struktur..............................................................................46
2.3.4.3 Zeiteffekte der Wasserspannungsanderung............................................................48
2.4 Zusammenfassender Literaturriickblick - Konsequenzen fiir die ei-
genen Untersuchungen................................................................................................51
3 Material und Methoden.................................................................................................54
3.1 Verwendete Materialien................................................................................................54
3.2 Materialaufbereitung......................................................................................................54
3.3 Probennahme und Versuchsdurchfiihrung.........................................................59
4 Ergebnisse und Diskussion.....................................................................................64
4.1 Materialverdichtung.......................................................................................................64
4.2 MeSwerte eines reprasentativen, direkten Zugversuches i.e.S..................66
4.3 Auswertung der Spannungspeaks..........................................................................69
4.3.1 Zugfestigkeit und korrespondierende Wasserspannung..................................................69
4.3.2 Vergleich von x™ und % aus Zugversuchen.....................................................................73
4.3.3 Wasserretentions-Beziehungen.......................................................................................75
4.4 Auswertung des ProzeBverlaufs...............................................................................77
4.4.1 Materialstreckung und initiale Wasserspannung..............................................................77
4.4.2 Young s Modul und initiale Wasserspannung................................................................79
4.4.3 Energieansatz...................................................................................................................81
4.4.4 Mechanische Energie und initiale Wasserspannung.......................................................86
4.5 Diskussion..........................................................................................................................89
4.5.1 Welche Bedeutung haben Struktur und Textur fur das zugrelevante % ur d dami
fur die Zugfestigkeit der untersuchten Varianten?...........................................................89
4.5.2 Welche Erkenntnisse lassen sich aus der dehnungsabhangigen Wasserspan-
nungsentwicklung ableiten?.............................................................................................92
4.5.3 Die Bedeutung einer gut definierten Spannungs-Dehnungs-Situation............................94
4.5.4 Welche Bedeutung haben die beschriebenen Zusammenhange fur die Schrumpf-
riBbildung in Boden?........................................................................................................94
5 Zusammenfassung der Erkenntnisse, SchluBfolgerungen
undoffene Fragen............................................................................................................96
6 Verwendete Symbole n»
6.1 Lateinische Zahlen- und Buchstabensymbole 100
6.2 Griechische Buchstabensymbole..........................................................................102
7 Literatur.................................................................................................................................104
Anhang
Dank
Lebenslauf
4.4.1 Materialstreckung und initiate Wasserspannung..............................................................77
4.4.2 Young s Modul und initiate Wasserspannung................................................................79
4.4.3 Energieansatz...................................................................................................................81
4.4.4 Mechanische Energie und initiate Wasserspannung.......................................................86
4.5 Diskussion..........................................................................................................................89
4.5.1 Welche Bedeutung haben Struktur und Textur fur das zugrelevante % und damit
fur die Zugfestigkeit der untersuchten Varianten?...........................................................89
4.5.2 Welche Erkenntnisse lassen sich aus der dehnungsabhangigen Wasserspan-
nungsentwicklung ableiten?.............................................................................................92
4.5.3 Die Bedeutung einer gut definierten Spannungs-Dehnungs-Situation............................94
4.5.4 Welche Bedeutung haben die beschriebenen Zusammenhange fur die Schrumpf-
riBbildung in Boden?........................................................................................................94
5 Zusammenfassung der Erkenntnisse, SchluBfolgerungen
undoffene Fragen............................................................................................................96
6 Verwendete Symbole...................................................................................................100
6.1 Lateinische Zahlen- und Buchstabensymbole.................................................100
6.2 Griechische Buchstabensymbole..........................................................................102
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