Einfluss der Dichte auf den Suffosionsverlauf in binären granularen Packungen

Abstract

Suffosion ist ein hydromechanischer Prozess, welcher die Umlagerung und den Transport der feinen Partikel eines Bodens infolge einer Wasserströmung beschreibt. Um die Auswirkungen des Materialverlustes infolge Suffosion auf das Materialverhalten zu verstehen, wurden der Einfluss der Ausgangsdichte des Bodens auf die Masse des Materialverlusts, die volumetrische Verformung und die Änderung der Wasserdurchlässigkeit untersucht. Hierfür wurde die Struktur (Kontakt- und Kontaktkraftverteilung) eines suffosionsanfälligen Bodens qualitativ mithilfe von DEM-Simulationen dargestellt und ausgewertet. Anhand von Laborversuchen unter isotroper Belastung und konstanter Durchströmung wurden die Auswirkungen verschiedener Dichten experimentell untersucht. Mit steigender Materialdichte zeigten sich eine Abnahme des Materialverlustes, eine Abnahme der Verformungen und eine Abnahme der Wasserdurchlässigkeit infolge der Suffosion. Um die Änderung des mechanischen Verhaltens beschreiben zu können, wurden drainierte Triaxialversuche an nichtdurchströmten und durchströmten Proben durchgeführt. Hierbei zeigte sich, dass die drainierte Scherfestigkeit hauptsächlich von der Porenzahl des Grobmaterials vor der Scherung abhängt, unabhängig davon, ob diese künstlich oder infolge Durchströmung entstand.

Influence of density on suffusion behaviour of binary granular packings

Suffosion is a hydromechanical process that describes a rearrangement and transport of fine particles in soil as a result of water flow. In order to understand the effects of material loss due to suffosion on material behaviour, the influence of density on the mass of material loss, volumetric deformation and the change in permeability was investigated. For this purpose, the structure (contact and contact force distribution) of a soil susceptible to suffosion was qualitatively simulated and analysed with help of DEM. The effects of different densities were investigated experimentally by means of laboratory tests under isotropic load and constant flow. A decrease in material loss, a decrease in deformation and a decrease in permeability due to suffosion with increasing material density were found. In order to be able to describe the change in mechanical behaviour, drained triaxial tests were carried out on non-eroded and eroded samples, respectively. It was shown that the drained shear strength mainly depends on the void ratio of the coarse material before shearing, regardless of whether this was created artificially or as a result of flow.