TY - THES A1 - Baumbusch, Jürgen T1 - Zur Kontaktsituation zwischen mineralischen Basiserdstoffen und geosynthetischen Filterelementen KW - Bodenfilter KW - Mineralischer Rohstoff KW - Geotextilien KW - Kontaktwechselwirkung KW - Filter KW - Berührungsfläche KW - Durchströmung KW - Sickerwasser KW - Boden Y1 - 1998 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040310-632 ER - TY - THES A1 - Scholz-Solbach, Kai T1 - Thermische Effekte der tiefgründigen Bodenstabilisierung mit Branntkalk-Boden-Säulen T1 - Thermal Effects of Deep Soil Stabilization with Lime Columns N2 - Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der bei der Herstellung von Branntkalk-Boden-Säulen auftretenden thermischen Effekte und ihres Einflusses auf Wasser- und Wasserdampftransporte im Boden. Die Erwärmung beruht vorrangig auf einer chemischen Reaktion, bei der das dem Boden zugemischte Calciumoxid mit Bodenwasser unter Freisetzung von Wärmeenergie zu Calciumhydroxid reagiert. Hierzu wurden zunächst die thermischen Eigenschaften feinkörniger Böden und ihre Beeinflussung durch das Herstellen des Bindemittel-Boden-Gemisches in situ untersucht. Weiterhin wurden Untersuchungen zum zeitlichen Verlauf der chemischen Reaktion und zur Größe der dabei freigesetzten Reaktionswärme vorgenommen. Mit dem Vorhaben, die mit der Säulenherstellung einhergehenden Temperaturfeldänderungen zu erfassen, wurden danach die thermischen Anfangs- und Randbedingungen des Bodens und der Bodenoberfläche untersucht und festgelegt. Anschließend wurden die zeitabhängigen Temperaturfeldänderungen auf der Grundlage der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung mit Hilfe des Finite-Elemente-Methode Programms Ansys® 6.1 numerisch simuliert. Das Finite-Elemente-Modell wurde durch die Nachrechnung von Feldversuchen verifiziert. Im Rahmen der Finite-Elemente-Berechnungen wurde die infolge der Hydratation des Branntkalkes stattfindende Erwärmung des Bindemittel-Boden-Gemisches und des angrenzenden Bodens simuliert und hinsichtlich relevanter Einflussgrößen überprüft. Untersucht wurde der Einfluss herstellungsbedingter Faktoren wie Bindemittelkonzentration, Säulendurchmesser und Säulenanordnung sowie der Einfluss natürlicher Faktoren wie Trockendichte und Sättigungsgrad des Bodens. Die mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode ermittelten zeitabhängigen, im Boden auftretenden Temperaturgefälle bilden die Grundlage für die Untersuchung der thermisch bedingten Wassertransportvorgänge in der Stabilisierungssäule und deren Umfeld. Zu diesem Zweck wurde die durch die Temperaturfeldbeeinflussung geänderte energetische Situation des Bodenwassers analysiert. Auch nicht-thermische, infolge der Säulenherstellung auftretende Effekte wie die durch den >Stopfeffekt< bedingte lokale Sättigungsänderung und die Beeinflussung des osmotischen Potentials einschließlich der daraus resultierenden Wasserbewegungen wurden berücksichtigt. Alle thermisch verursachten Wasser- und Dampfflüsse bewirken ein Abströmen von Porenwasser aus dem stabilisierten Erdkörper in den umliegenden Boden. Baupraktisch bleiben die durch thermische Einflüsse hervorgerufenen Wassertransportvorgänge aufgrund ihres geringen Betrages jedoch unbedeutend. In abschließenden Temperaturfeldberechnungen wurden die thermischen Bodenkennwerte an die sich zeitlich verändernde Wassersättigung des Bodens angepasst. Anhand der ermittelten Temperaturverläufe wurde aufgezeigt, dass der Einfluss der Sättigungsänderung auf die Berechnungsergebnisse sehr gering ist, und damit die Voraussetzung für die vorangegangene entkoppelte Betrachtung des Wärme- und Massestromes erfüllt ist. Aufgrund dieser Ergebnisse muss der mehrfach in der Literatur zitierte, auch mit der tiefgründigen Bodenstabilisierung in Zusammenhang gebrachte, Einfluss der Erwärmung auf die Verdunstung des Bodenwassers kritisch betrachtet und in Frage gestellt werden. Voraussetzung hierfür ist der Transport von Wasser an die Bodenoberfläche. Nennenswerte, auf Temperatureinflüssen beruhende Wasserbewegungen sind, wie die Berechnungsergebnisse gezeigt haben, nicht zu erwarten. Weitere Untersuchungen zur Festigkeitsentwicklung von Branntkalk-Boden-Säulen und deren Vorhersage sollten sich daher auf die mechanischen Effekte und auf die mineralogisch-chemischen Prozesse, wie die puzzolanischen Reaktionen, und die Möglichkeiten ihrer Prognose konzentrieren. Die Berechnungen haben gezeigt, dass die Temperaturentwicklung in der Stabilisierungssäule im Wesentlichen durch die Bindemittelkonzentration, und ihr Auskühlungsverhalten vorrangig durch ihre geometrischen Abmessungen bestimmt wird. Diese Sachverhalte sind von den Bodenparametern, der für die Stabilisierung in Frage kommenden Böden, weitestgehend unabhängig. Temperaturmessungen stellen daher ein geeignetes Mittel zur Qualitätssicherung bei der Herstellung von Branntkalk-Boden-Säulen dar, mit deren Hilfe sich Inhomogenitäten bei der Bindemittelverteilung oder Störungen beim Hydratationsvorgang (Ablöschen des Branntkalkes) nachweisen lassen. Entsprechende Hilfsmittel wurden angegeben. N2 - Deep stabilization of soil with lime columns causes thermal effects. This is mainly due to the reaction of the unslaked lime with the water in the soil. In this thesis the influence of the thermal effects on the movement of soil water was investigated. In a first step the thermal properties of the stabilized soil in the column and the surrounding soil were analysed. In order to calculate the alteration process of the temperature fields the heat generation coupled to the chemical reaction and the thermal boundary conditions like the distribution of temperature in natural soils were defined. On this base the transient change of the temperature field around the lime columns was computed using the finite element method. The numerical analysis was done with the finite element code ANSYS® 6.1. Due to the high saturation of the stabilized and the surrounding soils only heat transfer by thermal conduction was regarded in the first calculation step. For the present the coupled transport of heat and moisture was neglected as well as the influence of moisture movement on the thermal properties. The model was verified by simulating a large-scale field experiment of the Swedish Geotechnical Institute from which temperature measurements were stated. Very good correlations were achieved between experimental and numerical results. In the next step the influences of the soil parameters, the geometry of the lime columns as well as their arrangement, and the lime concentration on the numerical results were investigated. The computed transient temperature fields and the derived thermal gradients formed the basis for the analysis of temperature-dependent moisture movement in the lime columns and in the surrounding soil. Water and water vapour move due to potential gradients from high to low potential. Therefore, the change of the soil water potential caused by thermal effects was regarded. Also, non-thermal effects such as the change of saturation due to soil compaction and the alteration of the osmotic potential due to dissolution processes were taken into consideration. The calculation results indicated a flow of liquid water and water vapour from the centre of the lime columns towards the surrounding soil. The results also showed that the amount of moisture moved by thermal effects is low and does not contribute to the hardening of the lime columns. In a closing calculation step the change of saturation due to thermal and non-thermal effects was taken into account by adapting the thermal soil parameters to the time-dependent distribution of the soil water. It was shown that the altered saturation has negligible effect on the calculated temperature fields. Therefore, the assumptions made in the first calculation step, concerning the mechanism of heat transfer, were proven true. Based on these results, the often-cited influence of the heat released when unslaked lime reacts with the water in soil has to be called into question, at least in the case of the deep stabilization of soils with lime columns. That would require, for example, the transport of moisture to the soil surface, which according to the results of the calculations is not given. Further investigations into the hardening of lime columns and the prediction of this process should concentrate on mechanical and mineralogical effects such as soil compaction and the pozzolanic reactions. Temperature measurements may serve as a good tool for quality assurance, because the development of heat depends strongly on the lime concentration, while the influence of the soil parameters of the stabilized clayey soils on the change of temperature is very small. Appropriate data were given in this thesis. KW - Bodenverbesserung KW - Kalk-Boden-Säulen KW - Bindemittel-Boden-Säulen KW - tiefgründige Bodenstabilisierung KW - Baugrundverbesserung KW - Lime Columns KW - Deep Soil Stabilization Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20050307-3972 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 - TY - THES A1 - Zeh, Rainer T1 - Die Zugfestigkeit bindiger Böden als Kriterium der Rissgefährdung mineralischer Oberflächenabdichtungen T1 - The tensile strength of cohesive soils as cracking criteria of mineral cover linings N2 - Oberflächenabdichtungen von Deponien sind in ihrer langfristigen Funktion häufig durch eine austrocknungsbedingter Rissbildung der mineralischen Dichtungskomponente gefährdet. Als Ursachen gelten insbesondere das standortspezifische Klima mit den stark schwankenden Randbedingungen (Niederschlag, Temperatur), Pflanzen und Tiere sowie auch ein ungeeigneter Systemaufbau. Durch einen Wasserentzug treten Schrumpfungsprozesse in der mineralischen Dichtung auf welche über negative Dehnungen zu Dehnungsbrüchen und damit zu einer Rissbildung führen. Für die Beanspruchbarkeit eines Dichtungsmaterials bei Wasserentzug sind insbesondere dessen Schrumpfverhalten und dessen Zugfestigkeit von Bedeutung. Beide Eigenschaften wurden durch eigens konzipierte Laborversuche beispielhaft an zwei typischen Dichtungsböden untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine große Abhängigkeit von der Wasserspannung sowie von der Bodenstruktur. Für die Zugfestigkeit und dem daraus abgeleiteten Dehnungsmodul gilt z. B. jeweils eine eindeutige Zunahme mit Zunahme der Wasserspannungen. Mit Hilfe der Ergebnisse aus den Laborversuchen sowie numerischen Berechnungen des Was-serhaushaltes und der vorherrschenden Spannungen kann eine erste Rissgefährdungsabschätzung für mineralische Dichtungen in Oberflächenabdichtungen abgeleitet und angewandt werden. Weitere Erläuterungen z. B. zu den Eigenschaften und der Teilsättigung bindiger Böden, analytische Zugfestigkeitsberechnungen oder Empfehlungen zum Entwurf und der Herstellung von Oberflächenabdichtungen ergänzen die Arbeit. N2 - The long-term function of cover lining systems of landfills is endangered by desiccation and cracking of the compacted clay liner. The specific climate at the landfill location with its varying conditions (precipitation, temperature), plants and animals or also an inappropriate cover lining system are the causes of these phenomena. Dewatering and desiccation of compacted clay liners produce negative strains and after that strain rupture or cracking. The shrinkage behaviour and the tensile strength of a cover lining material are very important for its capacity. Both characteristics were examined by self-designed laboratory tests which were conducted on two typical cover lining materials. The results show a strong dependency on the suction and on the soil structure. The tensile strength as well as the derived E-modulus increase with increasing suction for example. A first estimation of cracking risk in compacted clay liners of cover lining systems can be derived and used by the presented laboratory test results, numeric calculations of the water balance and the predominant stresses. Further explanations as e. g. the characteristics and unsaturation of cohesive soils, analytic calculations of the tensile strength or recommendations to the design and the production of cover lining systems complete the thesis. KW - Deponiebau KW - Zugfestigkeit KW - Rissbildung KW - Wasserhaushalt KW - Oberflächenabdichtung KW - Teilsättigung KW - landfill cover lining system KW - tensile strength KW - cracking KW - unsaturation KW - water balance Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20070522-8692 ER - TY - THES A1 - Machacek, Helen T1 - Analyse von Einflussfaktoren des Widerstands feinkörniger Böden bei hydraulischer Belastung N2 - Bisherige Untersuchungen zum hydraulischen Grundbruch im bindigen Baugrund haben gezeigt, dass der Versagensmechanismus durch hydraulisch induzierte Risse ausgelöst wird. Um umströmte Bauwerke im Grundwasser sicher zu dimensionieren, ist daher ein Nachweis gegen hydraulisch induzierte Rissentstehung unerlässlich. Ein solcher existiert bisher jedoch nicht, da die Rissentstehung in bindigen Böden äußerst komplex ist und die zahlreichen Einflussgrößen nicht ausreichend untersucht sind. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Dissertation eine Laborstudie zu hydraulisch induzierter Rissbildung in verschiedenen feinkörnigen Böden in einem neuartigen Triaxialversuch durchgeführt. Aus den zahlreichen Versuchsvarianten lassen sich die wichtigsten Einflussgrößen auf den Widerstand des Bodens gegen Rissentstehung ermitteln. Die experimentelle Arbeit wird durch eine numerische Analyse der Versuchsvariationen ergänzt. Daraus lässt sich eine Hypothese zur Rissentstehung in bindigen Böden ableiten, die in Einklang mit der klassischen Bruchmechanik steht. KW - Hydraulischer Grundbruch KW - Bindiger Boden KW - Rissbildung KW - Triaxialversuch KW - Fracking KW - hydraulisch induzierter Riss Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20240109-65232 ER -