Bodenmechanik - Felsmechanik .Bodenmechanik - Felsmechanik Boden- und Felsmechanik sind Teilgebiete

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  • Bodenmechanik - Felsmechanik

    Boden- und Felsmechanik sind Teilgebiete der Geomechanik

    Bodenmechanik: erklrt und berechnet das mechanische und technische Verhalten der so

    genannten Lockergesteine, Bden oder Schttungen beschreibt ihre Gesteinswelt durch physikalische Gren, wie innere Reibung,

    Kohsion, Porenwasserdruck, etc., sowie durch Kennziffern der Kornverteilung, Raumerfllung,

    Felsmechanik: Verhalten der Gesteinsmassen im Bauwerk, im Tunnel, in den Fundamenten

    und bergbaulichen Hohlrumen

    Felsbau: praktisch-technische Anwendung der Felsmechanik. (konstruktiv technische

    Durchbildung und Durchfhrung von Felsbauten im Gebirge). Felsmechanik liefert die wissenschaftliche Grundlage.

    Bodenmechanik - Felsmechanik

    Felsmechanik

    Festgestein

    Fels

    Festigkeits-, Verformungs- und Bruchverhalten (Versagen) von Gestein und Fels

    (Meist straff) geregeltes Diskontinuum Mechanik des Diskontinuums Gefgemechanik

    Bodenmechanik

    Lockergestein

    Boden

    Festigkeits-, Verformungs- und Bruchverhalten (Versagen) von Bden

    (Meist wenig) geregeltes Diskontinuumwenig anisotrop Kontinuumsmechanik oder Betrachtung als Einzelkorngefge

    Ermittlung der Eigenschaften aus Labor- und Feldversuchen(dem Prinzip nach hnlich fr Boden und Fels)

  • Merkmale von Fels

    Felsgestein lsst sich hinsichtlich der Entstehung (Geologie) unterscheiden

    Festgestein beschreibt die technisch-mechanische Unterscheidung des Gesteins, insbesondere hinsichtlich der Abgrenzung zum Lockergestein

    Beschreibung des Gefges (Trennflchengefge): Schichtung (Lagenweiser Aufbau von Sedimenten) Schieferung (Stoffumlagerung und diff. Bewegung) Sonstige Trennflchen (Risse, Klfte, Strungen) geschlossene Klfte offene Klfte klaffende Fugen

    Gebirgseigenschaften

    Gesteinseigenschaften Bergwasser Trennflchgefge ist beschreibbar durch: Ortsangabe (Bereich) Raumstellung (Fallen und Streichen) Rumliche Erstreckung Durchtrennungsgrad Abstand der Trennflchen ffnungsweite Belge und Zwischenmittel Habitus der Kluftwandungen

    Trennflchgefge beeinflusst: Verformbarkeit Festigkeit Spannungsausbreitung Durchlssigkeit

  • Gebirgsklassifizierung nach Terzaghi

    11 Gebirgsklassen Struktur des Gebirges Druck- und Schwellerscheinungen nur fr berlagerungshhen

    > 1,5.(b+h) nur fr Ausbauarten ohne Verbundwirkung

    zum Gebirge(kein Spritzbeton)

    Gebirgsklassifizierung nach Lauffer

    7 Gebirgsklassen Freie Standzeit Wirksame Sttzweite

    Wirksame Sttzweite l*Getriebezimmerung mit Brustverbau

    Sehr druckhaftG

    Getriebezimmerung ohne Brustverbau

    DruckhaftF

    Mittelschwere Zimmerung

    Sehr gebrchE

    Leichte ZimmerungGebrchD

    FirstverzugSehrNachbrchig

    C

    KopfschutzNachbrchigB

    Ohne EinbauStandfestA

    SicherungstypStandfestigkeitGebirgsklasse

  • Gebirgsklassifizierung nach Rabcewicz-Pacher5 Gebirgsklassen Projektbezogen Basis: Lauffer Ausbruch u. Sicherungs-

    manahmen gehen ein

    Gebirgsklasse Standfestigkeit I Standfest bis ger ing nachbrchig II Stark nachbrchig III Gebrch bis sehr gebrch IV Druckhaft

    V a Stark druckhaft V b Rollig

    Gebirgsklassifizierung nach Bieniawski5 Gebirgsklassen mit 6 Parametern ermittelt: Festigkeit des Gesteins (Punktlastversuch, Einaxialer Druckversuch) RQD-Index (Rock quality designation) RQD = L10 / L . 100 [%] Kluftabstand Zustand der Klfte Kluftrichtung Zutritt von Grundwasser

    Ermittlung durch Addition von Bewertungszahlen

    Gebirgsklasse Beschreibung Bewertungszahl I Sehr guter Fels 100 90 II Guter Fels 90 70 III Mittelmiger Fels 70 50 IV Schlechter Fels 50 25 V Sehr schlechter Fels < 25

  • Gebirgsklassifizierung nach Bieniawski

    Gebirgsklassifizierung gem DIN 18312 DIN 18312 (Bauleistungen Untertagebauarbeiten) Boden und Fels werden aufgrund der notwendigen Manahmen fr

    Ausbruch und Sicherung des Hohlraumes eingeteilt Voraussetzungen

    Form und Flche des Hohlraumquerschnittes gegeben Art des Vortriebs bekannt

    Einteilung in Allgemeine Vortriebsklasse Vortriebsklasse fr TBM Vortriebsklasse fr Schildmaschinen

  • Vertikal belastete Pfhle im Fels

    Vertikales Tragverhalten von Pfhlen im Fels:

    Die Mantelreibung wird entlangeiner reduzierten Einbindestreckemit teff = t 0,5.D angesetzt.

    Richtwerte fr Pfahlspitzenwiderstndeund Mantelreibung sowie die Einbindungder Pfhle sind primr von der einaxialen Druckfestigkeit vom Fels abhngig!

    MeffS

    2

    MS tD4DQQQ

    Horizontal belastete Pfhle im Fels

    Spannungstrapezverfahren:

  • Horizontal belastete Pfhle im Fels

    Bettungsmodulverfahren:

    y sh k DEk ss

    Grenzzustnde fr Gleiten und/oder Kippen

    0

    0

    0

    0

    0

  • Gleiten auf einer ebenen Gleitflche

    tantan

    sinGtan)cosG(

    GtanG

    TR

    KrfteTreibendeKrftedeRckhalten

    T

    NG

    Gleiten ohne Bercksichtigung der Ankerkraft:

    Gleiten mit Ankerkraft Rckhaltende Kraft:

    tan))cos(AcosG(tan)AG(TR NNG

    Kinematik Bezugsebene

    Gleitrichtung

    Gleiten auf einer ebenen Gleitflche

    Gleiten mit Bercksichtigung von Wasserdruckkrften, der Kohsion und der Ankerkraft:

    cosWsinG

    lctan)WsinWcosG(TR

    1

    21G

    Kinematik

    Bezugsebene Gleitrichtung

  • Ankerbemessung Bemessungsverfahren nach DIN EN 1537 Nachweis des inneren Ankerwiderstandes Nachweis des Herausziehwiderstandes des Ankers Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Dauerhaftigkeit des Ankers Berechnung der erforderlichen freien Ankerlnge Bestimmung der Festlegekraft des Ankers

    Bemessung nach DIN EN 1537P0 0,60 Pt,k

    Ed,dstd Ed,stbEd RdRd = Rk / R R 1,35Rd = q . P0 0,8 q 1,1

    P0 FestlegelastPt,k charakteristische Bruchkraft des ZuggliedesEd,dstb Bemessungswert der Wirkung

    der destabilisierenden EinwirkungenEd,stb Bemessungswert der Wirkung

    der stabilisierenden EinwirkungenRk Charakteristischer innerer AnkerwiderstandRd zugehriger Bemessungswert des

    Ankerwiderstandesq der AnkerkraftbeiwertR Teilsicherheitsbeiwert des Ankerwiderstandes

    Teilbereiche des Querschnittes und des Umrisses

    Cross Section

    18

    Mehrzahl: Tunnel ohne n oder s (!)

    Begriffsdefinitionen

  • Begriffsdefinitionen

    19

    Ausbruchsbereiche und Teile des Ausbauesbei neuzeitlichen und bei klassischen Bauweisen

    Begriffsdefinitionen

    20

    Tunnellngsschnitt

    Longitudinal section

    Vortriebsrichtung(Orts-)

  • Begriffsdefinitionen

    21

    Ulmenstollenvortrieb zweihftig

    Primrer Spannungszustand

    vorh B/F primr elastischvorh B/F primr plastisch

    h berlagerungshheK0 Seitendruckziffer ' Wichte unter Auftrieb

    (ohne Grundwasser ist ' = )

    22

    v hp

    0h Khp

    berlagerungsdruck

  • Seitendruckziffer und Poisson-Zahl

    v

    h0K

    1m1

    1K0

    q

    v h'

    q Querdehnung Lngsdehnung = 0 0,5

    1m m = 2

    sin1K0Lockergestein Erdruhedruckbeiwert:

    Seitendruckzifferv0h K

    Festgestein: Poisson-Zahl

    Querdehnzahl

    24

    r Radialspannungent Tangentialspannungen Schubspannungenpv die in der Richtung der lotrechten Achse = 0 wirkende primre Druckspannungph die parallel zur Achse = 90 wirkende waagrechte Druckspannung K0 Seitendruckziffer (alte Bezeichnung: 0)ra Halbmesser des Ausbruchsquerschnittesr Halbmesser eines beliebigen Punktes im Gebirge, zu dessen Festlegung auerdem der

    Winkel notwendig ist. Zur Vereinfachung der Beziehungen wird die Hilfsgre eingefhrt.r

    ra

    Primrzustand elastisch Sekundrzustand elastisch

    Gelochte Scheibe

    PolarkoordinatenLaufvariablen r ,

    Sekundrer Spannungszustand

    v

    h0 p

    pK

  • 25

    Bestimmungsgleichungen fr die Spannungen mit beliebiger Seitendruckziffer

    2sinK13212p

    2cosK131K112p

    2cosK1341K112p

    042v

    04

    02v

    t

    042

    02v

    r

    Primrzustand elastisch Sekundrzustand elastisch

    rra

    Lsungen fr: K0 = 1, K0 = 0 und K0 = 1/3