Untersuchungen zum hydraulischen Grundbruch in Baugruben in homogenen Böden

Zusammenfassung

Im vorliegenden Beitrag werden zwei Problemstellungen hinsichtlich des hydraulischen Grundbruchs in Baugruben diskutiert. Zum einen führt der Sicherheitsnachweis gegen hydraulischen Grundbruch nach DIN EN 1997-1 (2014-03) in Abhängigkeit von den herangezogenen Grenzgleichgewichtsbedingungen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Es wird gezeigt, dass sich dieses Problem lösen lässt, wenn die Grenzgleichgewichtsbedingungen in Form von hydraulischen Gefällen angegeben werden. Ein weiteres Problem ist die bei dreidimensionalen Strömungen auftretende Unsicherheit hinsichtlich der Form des eventuellen Bruchkörpers. Anhand numerischer Untersuchungen wird dargestellt, dass ein mittleres hydraulisches Gefälle in einem angenommenen dreidimensionalen Bruchkörper mit der von Terzaghi für zweidimensionale Fälle vorgeschlagenen Breite, welches gleich dem kritischen Gefälle des Bodens ist, einen Fließsand-Zustand an einem unendlich schmalen Stromfaden unmittelbar entlang der Verbauwände herbeiführt. Die durchgeführten Modellversuche zeigen, dass sich Terzaghis Verfahren bzw. der Fließsand-Zustand auf gewisse Deformationen in einer Baugrubensohle bezieht. Das zum ersten Anzeichen eines Fließsand-Zustandes führende hydraulische Gefälle bei lockeren Sanden kann geringer als das theoretisch berechnete hydraulische Gefälle sein, während es bei dichten Sanden größer als der theoretische Wert ist.

Abstract

In this study, two problems are discussed with respect to hydraulic heave. Firstly, the verification of safety against hydraulic heave according to DIN EN 1997-1 (2014-03) yields different results depending on the considered limit state conditions. It is demonstrated that this problem can be solved by using hydraulic gradients as a parameter for the limit state condition. Secondly, the form of a potential failure body appearing in three-dimensional groundwater models is unknown. Based on numerical analyses, it has been shown that an average hydraulic gradient that is determined by using an assumed three-dimensional failure body with the width suggested by Terzaghi for two-dimensional cases leads to a quicksand condition in an infinitesimal soil column directly adjacent to the wall, when its value is equal to the critical hydraulic gradient of the soil. The model tests show that Terzaghi’s method or quicksand condition refers to certain deformations in an excavation base. The hydraulic gradient required for the first sign of a quicksand condition in loose sands may be lower than the theoretically required hydraulic gradient, whereas it is higher in dense sands.