TY - THES A1 - Alabdullah, Jamal T1 - Testing Unsaturated Soil for Plane Strain Conditions : A New Double-Wall Biaxial Device N2 - In der vorliegenden Dissertation wird durch den Autor ein neuer, einzigartiger biaxialer Versuchsstand für die Untersuchung ungesättigter Böden entwickelt und die an Proben von ungesättigtem Sand gewonnenen Versuchsergebnisse vorgestellt. Im Wesentlichen werden die Versuche an Proben von Hostun-Sand-Proben durchgeführt. Die Versuchsreihen umfassen die Charakterisierung (Klassifizierung) des Bodens, die Ausarbeitung von Wasserretentionskennlinien (Soil Water Characteristic Curves) und die Durchführung von biaxialen Kompressionsversuchen an trockenen, gesättigten und ungesättigten Proben. Desweiteren werden Modellversuche an Streifenfundamenten zur Untersuchung der Tragfähigkeit durchgeführt. Begründet durch die Veränderung des Bodenverhaltens durch geringe Anteile von bindigem Material, werden zusätzlich Versuche mit einer Mischung aus Sand und Kaolinit analysiert. N2 - In this dissertation, a new, unique and original biaxial device for testing unsaturated soil was designed and developed. A study on the mechanical behaviour of unsaturated sand in plane-strain conditions using the new device is presented. The tests were mainly conducted on Hostun sand specimens. A series of experiments including basic characterisation, soil water characteristic curves, and compression biaxial tests on dry, saturated, and unsaturated sand were conducted. A set of bearing capacity tests of strip model footing on unsaturated sand were performed. Additionally, since the presence of fine content (i.e., clay) influences the behavior of soils, soil water characteristic tests were also performed for sand-kaolin mixtures specimens. T2 - Testen ungesaettigter Böden für ebenen Dehnungszustand : Ein neues doppelt-wandiges biaxial Geraet KW - Ungesättigte Zone KW - Ebener Dehnungszustand KW - biaxial – sand KW - Unsaturated soil KW - plane-strain conditions KW - biaxial-sand Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20100628-15056 ER - TY - THES A1 - Arifin, Yulian Firmana T1 - Thermo-hydro-mechanical behavior of compacted bentonite-sand mixtures: an experimental study N2 - Heat, gas, and leachate are primary by-products of landfill processes in municipal solid waste landfills. In nuclear waste repository, temperature of the waste also raises due to radioactivity processes. Temperature increase in the repository induces hydro-mechanical processes of its sealing material. Moderate to high temperature is expected to be encountered in the field situation. In this thesis, a study on the thermo-hydro-mechanical behavior of compacted bentonite-sand mixtures which are among the materials proposed to be used as sealing material for landfills and hazardous waste repository is presented. Mixtures of a calcium-type bentonite, Calcigel, and quartz sand were used in this study. Series of tests including suction and swelling pressure measurement, drying-wetting under unconfined and confined conditions were conducted at a moderately high temperature. Tests at room temperature including basic and physico-chemical characterization, microstructure and fabric studies, and osmotic suction were conducted in order to provide insight into understanding the hydro-mechanical processes taking place in the bentonite. The experimental data obtained are presented and compared to the result of the previous tests for the same material performed by other researchers at room temperature. The changes in hydro-mechanical behavior due to elevated temperature were analyzed and discussed based on the suction components of soil which are influenced by temperature. At the end, conclusions concerning the temperature effects on the hydro-mechanical behavior of the materials are drawn and suggestions for future studies are made. N2 - In Folge der Prozesse in den Siedlungsabfalldeponien entstehen Wärme, Gas und Sickerwasser als Nebenprodukte. In Deponien für nukleare Abfälle nimmt die Wärme in Abhängigkeit deren Radioaktivität zu. Aufgrund der Wärmeentwicklung im Abfall kommt es in dem die Kanister umgebenden Dichtelement zu Temperaturänderungen, was verschiedene hydro-mechanische Prozesse verursacht, die sowohl bei niedrigen als auch bei mäßig hohen Temperaturen stattfinden. In dieser Dissertation wird eine Studie über die Auswirkungen von Temperaturänderungen auf das hydro-mechanische Verhalten von Bentonit-Sand-Gemischen vorgestellt, welche ein mögliches Dichtungsmaterial für Verschlussbauwerke in Deponien für radioaktive Abfälle darstellen. In dieser Studie wurden Mischungen von Kalzium-Bentonit, genannt “Calcigel“, und Quarzsand verwendet. Es wurden bei mäßig hohen Temperaturen Versuchsreihen durchgeführt, die die Messung der Saugspannungen und des Quelldrucks, als auch die Ermittlung der Saugspannungs-Wassergehalts-Beziehung auf dem Trocknungs- sowie Bewässerungspfad bei behinderter und nicht behinderter Volumenänderung beinhalten. Des weiteren wurden bei Raumtemperatur Versuche zur Bestimmung der physiko-chemischen Eigenschaften sowie Untersuchungen zur Struktur und der osmotischen Saugspannung durchgeführt. Das Ziel dieser Untersuchungen war es, einen besseres Verständnis der innerhalb des Bentonits stattfindenden hydro-mechanischen Prozesse zu erlangen. Die experimentell gewonnenen Daten werden vorgestellt und mit Ergebnissen aus vorangegangenen Forschungsarbeiten am selben Material bei Raumtemperatur verglichen. Die beobachteten Änderungen im hydro-mechanischen Verhalten aufgrund der erhöhten Umgebungstemperatur werden analysiert und diskutiert, wobei besonderes Augenmerk auf die Materialkomponenten gelegt wird, deren Eigenschaften und Verhalten durch die Temperatur beeinflusst wird. T2 - Das thermo-hydromechanische Verhalten von verdichteten Bentonit-Sand-Mischungen: eine experimentelle Analyse KW - Temperatur KW - Bentonit-Sand KW - Quelldruck KW - hydromechanische Prozesse KW - Bentonite-sand KW - temperature KW - swelling pressure KW - drying-wetting Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20081006-14288 ER - TY - THES A1 - Samingan, Agus Setianto T1 - An Experimental Study on Hydro-Mechanical Characteristics of Compacted Bentonite-Sand Mixtures N2 - Nuclear and hazardous waste disposal issues have become universal issues and problems related to the final disposal of these waste including finding a suitable site, natural and engineered barriers used, construction of the repository, long-term performance assessment have gained increasing attention all over the world. High-level radioactive and hazardous waste are required to be buried in deep geological repositories. In Germany, the ongoing researches have assessed the suitability of salt-stone formation in the country as a host rock candidate for its nuclear waste repository. Bentonite-based materials have been proposed to be used as sealing and buffer elements for the nuclear waste repository. Several hydro-mechanical processes will take place in the field and influence behaviour of the sealing and buffer elements of the repository. In this dissertation, a study on the hydro-mechanical characterisation of bentonite-sand mixtures is presented. Mixtures of a calcium-type bentonite, named Calcigel, and quartz sand were used in the investigation. Series of experiments including basic and physico-chemical characterisation, microstructure and fabric studies, suction and swelling pressure measurements, wetting and drying test, one-dimensional compression-rebound test, one-dimensional cyclic wetting-drying test under constant vertical stress, and saturated permeability test were conducted. The experimental data obtained are analysed and several characteristics of the material are brought out in this dissertation. Conclusions regarding basic behaviour of the materials are drawn based on the results of microstructure and fabric studies. Factors influencing the magnitude of suction and swelling pressure of the materials are outlined and discussed. The suction-induced compression and rebound characteristics of the material are described. The wetting and drying behaviour as influenced by the material boundary conditions are discussed. Permeability characteristics of the materials are examined based on several available permeability models. Several mechanical and hydraulic parameters that can be used in modelling using some available constitutive modelling approaches are derived based on the experimental data. At the end, conclusions regarding the hydro-mechanical characteristics of the materials are drawn and suggestions for future studies are made. N2 - Die (End-) Verwahrung von hoch toxischem chemischen und radioaktiven Abfällen hat aktuell weltweit an Bedeutung gewonnen und insbesondere Fragen bezüglich der „optimalen Einlagerung“, der Art der Versiegelung, die Konstruktion der Endlagerstätten sowie das Verhalten während „langer“ Zeiträume, sind Schwerpunkte der Forschung. Hoch radioaktive und chemische Abfälle sollen in der Mehrzahl der Konzepte in Kanistern versiegelt und unterirdisch in großer Tiefe in geeigneten geologischen Schichten gelagert werden. Aktuelle Forschungen in Deutschland haben ergeben, dass z.B. Salz-Gestein ein zuverlässiger Wirtsgesteins-Kandidat für die sicher Endlagerung des radioaktiven Abfalls ist. Bentonit basierendes Material wird derzeit als Versiegelung bzw. als Puffermaterial für hoch toxisches und radioaktives Abfallmaterial genutzt. Komplexe, gekoppelte hydromechanische Prozesse beeinflussen das Verhalten der Versiegelung sowie die Pufferwirkung der Endlagerstätte. In der vorliegenden Dissertation wird eine Studie über die hydromechanischen Eigenschaften von Betonit- Sand-Gemischen dargestellt. Die untersuchten Mischungen bestehen aus unterschiedlichen Anteilen von Kalzium-Bentonit, das so genannte Calcigel, und Quarzsand. Porosimetrieuntersuchungen und Studien mit dem ESEM ergaben Aufschluss über die Struktur und die physikalisch-chemischen Kennwerte des Gefüges auf der Mikroskala. Auf der Makroskala wurde u.a. die Saugspannungs-Wassergehaltsbeziehung der Gemische untersucht. Außerdem wurden zyklische Trocknungs- und Bewässerungsversuche, Kompressionsversuche im Ödometergerät und gesättigte Permeabilitätsversuche durchgeführt. Der Quelldruck und das Quellpotential wurden für unterschiedliche Belastungspfade untersucht. Die erzielten experimentellen Ergebnisse wurden im Rahmen der zu Grunde liegenden theoretischen Modelle ausgewertet und interpretiert. Wegweisende Erkenntnisse der Arbeit beziehen sich auf die Saugspannungs-Wassergehaltsbeziehung für unterschiedliche Versuchsrandbedingungen (freie Volumenänderung versus vollständig behinderte Volumenänderung) und die Entwicklung des Quelldrucks in Abhängigkeit der Saugspannung. Die erzielten Ergebnisse wurden zur Kalibrierung von zwei unterschiedlichen konstitutiven Ansätzen benutzt. Zusätzlich durchgeführte Versuche konnten abschliessend erfolgreich simuliert werden. T2 - Eine experimentelle Untersuchung zu den hydromechanischen Eigenschaften von verdichteten Bentonit-Sandmischungen KW - hydro-mechanics KW - unsaturated soils KW - bentonite-sand mixtures KW - suction KW - swelling KW - Hydromechanik KW - teilgesättigte Böden KW - Bentonit-Sandgemische KW - Saugspannung KW - Quellen KW - hydro-mechanics KW - unsaturated soils KW - bentonite-sand mixtures KW - suction KW - swelling Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20051007-7082 ER - TY - THES A1 - Wuttke, Frank T1 - Beitrag zur Standortidentifizierung mit Oberflächenwellen T1 - Site identification using surface waves N2 - In der Dissertation wurden unterschiedliche Methoden zur Standortidentifizierung mit Oberflächenwellen analysiert. Es wurden neue Methoden zur Parameteridentifikation unter Nutzung von Oberflächenwellen vorgeschlagen. Die Ziele der Arbeit können wie folgt definiert werden: a) Die Entwicklung eines geeigneten theoretischen Modells als Grundlage zur Untersuchung des Standortes hinsichtlich vorhandener Bodensteifigkeiten. b) Die Entwicklung einer neuen Inversionsmethodik unter Berücksichtigung aller auftretenden Moden im Oberflächenwellenfeld. Die Erstellung eines Modells des vertikal heterogenen Untergrundes erfolgte im Frequenz-bereichs für beliebig geschichtete Böden, aufbereitet durch weitestgehend analytische Formulierungen. Durch Nutzung beliebiger horizontaler, elastisch-isotroper Schichten konnte die vertikale Heterogenität approximiert werden. Die Definition der Green'schen Funktionen wurde in Form der Reflexions- und Transmissionskoeffizienten durchgeführt. Die Lösung des formulierten Halbraumproblems erfolgte unter Verwendung der Konturintegration. Dazu wurde die Vorgehensweise der bestehenden Lösung des homogenen Halbraums auf das Problem des geschichteten Mediums übertragen. Die daraus sich ergebende Lösung ist in ein Körperwellen- und ein Oberflächenwellenfeld separiert. Der Vorteil dieser analytischen Betrachtungsweise liegt in der eindeutigen Zuordnungsmöglichkeit der erhaltenen Lösungen zu Wellentypen und in der klaren Dispersionscharakteristik der berechneten Modelle. Im Gegensatz dazu liefern numerische Lösungen, wie FEM, immer ein Wellenfeld, in dem die Wellentypen zugeordnet bzw. interpretiert werden müssen. Mit Hilfe der synthetischen Bodenmodellierung wird das Verhalten von geschichteten Böden bei durchlaufenden Oberflächenwellenfeldern simuliert und untersucht. Für die Untersuchung der Profile wurde hauptsächlich die Modale Superposition von Oberflächenwellen und die Wellenzahl-Integration verwendet. Bei der Analyse von Oberflächenwellenfeldern in vorhandenen Medien sind abweichend von den üblichen seismischen Methoden spezielle Untersuchungsmethoden zur Ermittlung der vorhandenen Dispersion notwendig. Zur Durchführung der Dispersionsanalyse wird in geotechnischen Untersuchungen in der Regel das Phasen-Differenzen-Verfahren (SASW) genutzt. Aufgrund der beschränkten Aussagefähigkeit dieses Verfahrens zu auftretenden höheren Moden werden verbesserte Analysemethoden zur experimentellen Auswertung hinzugezogen. Diese Methoden nutzen zur Informationsgewinnung das räumlich ausgedehnte Wellenfeld. Ausgehend von dem Dispersionsverhalten kann die Bodenstruktur mittels inverser Methoden bestimmt werden. Für die gemeinsame Inversion der in den Messungen vorhandenen Moden wurde ein entsprechendes Inversionsverfahren abgeleitet. Als Grundlage der Inversion wurde ein Verfahren des kleinsten Fehlerquadrates gewählt. Der Vorteil hinsichtlich einer effizienten und stabilen Inversion unter Nutzung dieser Methodik überwiegt den Nachteil der lokalen Suche nach dem Fehlerminimum. Zum Erreichen der stabilen und zielgerichteten Inversion wird der Levenberg-Marquardt Algorithmus, zusammen mit der Wichtung der Dispersionsäste entsprechend ihres Anregungsverhaltens in den Dispersionsspektren, eingesetzt. Von Vorteil hat sich innerhalb der Arbeit die gleichzeitige Behandlung von theoretischen und experimentellen Parameterstudien erwiesen, da sich Ergebnisse und Erkenntnisse beider Seiten ergänzten. Eine Interpretation von Felddaten kann damit weitaus sicherer durchgeführt werden. Zusätzlich konnten die erarbeiteten experimentellen und theoretischen Verfahren gegenseitig überprüft werden. N2 - In this thesis various available methods for the site identification with surface waves were analyzed. Some new methods are proposed for the site identification using surface wave characteristics. The objectives of the thesis are as follows: a) To develop an appropriate theoretical model that can work in conjunction with the results obtained from the site inverstigations to precisely identify the actual in situ stiffness profiles. b) To develop a new inversion procedure that enables to inverse all the appearing modes in a wave field. An appropriate model should be able to define the vertical heterogeniety of the subsoil. In this study, the existing solution for the homogeneous half space was extended to the stratified medium. An analytical formulation in the frequency domain was used for this purpose by considering arbitrary horizontal, elastic isotropic layers. The Green’s functions were defined in the matrix formulation in the form of reflection- and transmission coefficients. In this way the analytical considerations could be carried out in a strong mathematical procedure. The solution for the forced excited layered half space was obtained following the contour integration. The solution could be separated in to the body wave and the surface wave fields. The advantage of such an analytical approach lies in the definite allocation of the preserved solutions for wave types and the straight dispersion characteristic of the calculated models. The difference between the analytical and the numerical solutions, such as using FEM, is that the interpretation of the calculated wave field is not required in the former, whereas it is necessary in the latter case. With the help of an analytic wave field calculation the behavior of the propagate surface wave fields in the stratified media could be better simulated and examined. For the investigation of the stiffness profiles primarily the modal superposition by surface waves and the wave number-integration were used. Special surface wave field investigation methods were necessary for the determination of the available dispersion characterisic. For the realization of the dispersion analysis in geoengineering investigations the phase difference method (SASW) is a widely used tool. Since the information on the higher modes are limited, an improved method is proposed to separate the different modes from the experimental data. The proposed method used the spatially spread wave field for the dispersion information. The soil structure can be determined by using various inverse methods. For the joint inversion of all the available modes in the measurements, a suitable inversion procedure was derived. For the stabilization of the inversion procedure, a least square method was chosen. The disadvantage of this efficient method is a local minimum search of the objective function. To achieve a stable and focused inversion procedure the Levenberg-Marquardt algorithm was used. The different dispersion branches multiplied by weighting factors corresponds to the excitation behavior in the dispersion spectra. One particularly advantage in the work is the concurrent treatment of theoretical and experimental parameter studies. According this treatment, the results and cognitions of both sides were complementary. An interpretation of field data could be carried out reliably. In addition, the compiled experimental and theoretical procedures could be checked mutually. KW - Inversionsalgorithmus KW - Inversionstheorie KW - Wellenausbreitung KW - Anomale Dispersion KW - Dispersion KW - Energieübertragung KW - wave propagation KW - inversion procedure KW - inversion theorie KW - wave field dispersion Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20050708-6874 ER -