Titelaufnahme

Titel
Assessment of material models for soil and application to simulation of NATM tunneling / Yvonne Spira
VerfasserSpira, Yvonne
Begutachter / BegutachterinCividini, Annamaria ; Mang, Herbert
Erschienen2004
UmfangIII, 136 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2004
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Boden / Granulärer Stoff / Kohäsion / Elastoplastizität / Viskoplastizität / Modell / Neue österreichische Tunnelbauweise / Simulation
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-10207 Persistent Identifier (URN)
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Assessment of material models for soil and application to simulation of NATM tunneling [7.14 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In bevölkerungsreichen Gebieten mit Bedarf an zusätzlicher unterirdischer Infrastruktur für den Individualverkehr oder den öffentlichen Verkehr wird oftmals eine flexible Bauweise wie die Neue Österreichische Tunnelbaumethode angewendet. Diese Methode ist durch eine starke Interaktion zwischen dem viskosen Boden und den hydrierenden zement-basierten Stützmitteln gekennzeichnet. Zudem ist zur Vermeidung von Schäden an bestehender Bebauung oder Infrastruktur die Minimierung von Bodenverformungen und Oberflächensetzungen essentiell. Zu diesem Zweck wird vielfach Bodenverbesserung angewandt. Für die Erfassung der Boden-Stützmittel Interaktion in solchen Tunnelvortriebsmethoden sind die eingebundenen hydrierenden zementbasierten Materialien sowie die Bodenart und ihre spezifischen Eigenschaften wesentlich. In dieser Arbeit wird ein Überblick über das Verhalten granularer und kohäsiver Böden gegeben, und darauf basierend werden elasto-viskoplastische Materialmodelle entwickelt. Zur Beschreibung granularer Böden werden nicht-assoziierte Drucker-Prager und Mohr-Coulomb Materialmodelle gewählt, die reibungsbehaftete Ver- und Entfestigung unter Schubbeanspruchung berücksichtigen. Zeitabhängige Prozesse werden mit der Duvaut-Lions Formulierung viskoplastischer Tragwerksantwort berücksichtigt. Auf der anderen Seite wird kohäsives Bodenverhalten mit einem Cam-Clay Materialmodell beschrieben. Basierend auf Ergebnissen hydrostatischer Kompressionstests werden volumetrisches Ver-und Entfestigungsverhalten und ein nichtlinear elastisches Gesetz erhalten. Für das Cam-Clay Modell wird die Perzyna Formulierung angewendet, um viskoplastisches Materialverhalten zu berücksichtigen. Zum Schluss wird im Rahmen zweier Anwedungen die Interaktion für Vortriebsprozesse nach der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode auf Strukturebene untersucht. Hierfür werden Materialmodelle für junge zementbasierte Materialien eingesetzt. Im Rahmen der ersten Anwendung wird das Strukturverhalten bei Einsatz von Bodenverbesserungsmaßnahmen mittels Hochdruck-Bodenvermörtelung in granularem, bzw. kohäsivem Boden untersucht. Im Rahmen des zweiten Anwendungsbeispiels werden strukturelle Auswirkungen der Wahl des elastischen Gesetzes für Tunnelvortriebe in kohäsivem Boden ermittelt.

Zusammenfassung (Englisch)

In highly populated areas with needs for additional underground individual-traffic or public-transportation infrastructure, a flexible construction mode like the New Austrian Tunneling Method is often applied. This method is characterized by a strong interaction between the viscous ground and the hydrating cement-based tunnel support.

Additionally, minimization of soil deformation and surface settlements is essential in order to avoid damage to existing buildings and infrastructure. For this purpose, ground improvement is frequently used.

In order to capture the soil-support interaction in such tunneling processes, the involved hydrating cement-based materials and the kind of soil and its individual characteristics are essential.

In this work, the mechanical behavior of granular and cohesive soil is reviewed, and elasto-viscoplastic material models are developed. For description of granular soil, non-associative Drucker-Prager and Mohr-Coulomb material models are chosen, accounting for frictional hardening/softening under shear loading. Time-dependent processes are considered via the Duvaut-Lions formulation of viscoplastic response. Cohesive soil behavior, on the other hand, is described by a Cam-Clay model. Based on hydrostatic-compression-test results, volumetric hardening/softening and a non-linear elastic law evolve.

For the Cam-Clay model, the Perzyna formulation is adopted to account for viscoplastic behavior. The structural interaction of the soil/support compound structure in tunneling processes according to the New Austrian Tunneling Method is investigated within two applications.

Hereby, material models for early-age cement-based materials are used.

In the first application, the structural performance of ground improvement by means of jet grouting in granular, respectively cohesive soil is studied. In the second application, structural effects of the choice of the elastic law in tunneling applications in cohesive soil are numerically investigated.