DIN 18137-1-2010 Soil investigation and testing - Determination of shear strenght - Part 1 Concepts and general testing conditions《土壤试样的研究和测试 剪力强度的测定 第1部分 概念和一般检验条件》.pdf

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1、Juli 2010DEUTSCHE NORM Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DINPreisgruppe 14DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 93.020!$bT1“1634914www.din.deDDIN 18137-1Baugrund,

2、 Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit Teil 1: Begriffe und grundstzliche VersuchsbedingungenSoil, investigation and testing Determination of shear strenght Part 1: Concepts and general testing conditionsSol, reconnaissance et essai Dtermination de la rsistance au cisaillement

3、Partie 1: Dfinitions et conditions dessai gnralesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 18137-1:1990-08www.beuth.deGesamtumfang 32 SeitenDIN 18137-1:2010-07 Inhalt SeiteVorwort 4 1 Anwendungsbereich .5 2 Normative Verweisungen5 3 Formelzeichen5 4 Begriffe .7 5 Ver

4、suchsanordnungen und Versuchsbedingungen24 5.1 Allgemeines24 5.2 Versuchsanordnungen fr kontrollierte Hauptspannungen und feste Hauptspannungsrichtungen in einem Zonenbruch .25 5.2.1 Randbedingungen .25 5.2.2 Konsolidieren.25 5.2.3 Abscheren 25 5.3 Versuchsanordnungen fr die Untersuchung von Scherfu

5、gen25 5.3.1 Randbedingungen .25 5.3.2 Konsolidieren.26 5.3.3 Abscheren 26 5.4 Versuchsanordnung fr Bildung eines Zonenbruches unter eingeprgten Randschubspannungen26 5.4.1 Randbedingungen .26 5.4.2 Konsolidieren.26 5.4.3 Abscheren 26 6 Wahl der Versuchsart und des Versuchsverfahrens .26 6.1 Ermittlu

6、ng der Scherparameter c und des drnierten, wassergesttigten Bodens.26 6.1.1 Wassersttigung26 6.1.2 Wassergesttigte bindige Bden.27 6.1.3 Wassergesttigte nichtbindige Bden 27 6.2 Bestimmung der Restscherfestigkeit wassergesttigter bindiger Bden.27 6.2.1 Wassersttigung und Konsolidation .27 6.2.2 Arte

7、n des Scherversuchs .27 6.3 Bestimmung des effektiven Reibungswinkels bei trockenen nichtbindigen Bden28 6.3.1 Anfangsdichte28 6.3.2 Scherversuch .28 6.4 Bestimmung der totalen Scherparameter cuund u des undrnierten, bindigen Bodens.28 6.4.1 Wassersttigung28 6.4.2 Rekonsolidation bzw. Konsolidation.

8、28 6.4.3 Art des Scherversuchs28 6.4.4 Untersuchung der Geschwindigkeitsabhngigkeit von cu29 6.5 Bestimmung der Scherparameter drnierter teilgesttigter Bden.29 6.5.1 Anfangsdichte und Anfangswassergehalt29 6.5.2 Art des Scherversuchs29 7 Anforderungen an eine Versuchsserie30 8 Kriterien fr das Errei

9、chen des Grenzzustands beim Versuch 30 8.1 Grenzzustand bei Scherfugen30 8.2 Grenzzustand bei einem Zonenbruch30 8.2.1 D-Versuch .30 2 DIN 18137-1:2010-07 Seite8.2.2 CU-Versuch an einem wassergesttigten, normalkonsolidierten bindigen Boden zur Bestimmung der effektiven Scherparameter31 8.2.3 CU-Vers

10、uch an einem berkonsolidierten bindigen Boden .31 8.2.4 UU- und CU-Versuch zur Bestimmung der totalen Scherparameter .31 8.3 Beendigung des Versuchs bei Erreichen einer Verformungsgrenze 31 Literaturhinweise32 Bilder Bild 1 Beispiel einer Grenzbedingung (Grenzflche) im Raum der drei effektiven Haupt

11、spannungen9 Bild 2 Schubspannung und Porenzahl e in Abhngigkeit vom Scherweg x bei einer Scherfuge unter konstanter effektiver Normalspannung in einem Boden mit Restscherfestigkeit Rder Abstand q des Spannungspunktes im Raum der drei Hauptspannungen 1, 2, 3bzw. 1, 2, 3von der Geraden 1= 2= 3bzw. 1=

12、2= 3ANMERKUNG 1 Siehe Bild 1, dort fr die Grenzbedingung dargestellt. ANMERKUNG 2 Im Sonderfall 2= 3ist 3132 ssq = (2) 7 DIN 18137-1:2010-07 4.5 Schubwiderstand Scherwiderstand (en: shear resistance) Deviatorspannung bzw. Schubspannung als Reaktion des Bodens auf Randspannungen und Randver-schiebung

13、en, die beim Scherversuch in den Probekrper eingeprgt werden 4.6 mittlerer Druck (en: mean stress) der totale bzw. effektive mittlere Druck ist p = (1+ 2+ 3)/3 (3) p = (1+ 2+ 3)/3 (4) 4.7 Grenzbedingung (en: limit condition) diejenige Gleichung zwischen den Spannungskomponenten, durch welche die von

14、 einem Bodenkrper aufnehmbaren Spannungen begrenzt werden ANMERKUNG 1 Im Raum der drei Hauptspannungen 1, 2, 3stellt die Grenzbedingung eine Flche dar, welche das Gebiet der erreichbaren von den nicht erreichbaren Spannungen abgrenzt (siehe Bild 1). Der Abstand fq eines Punktes dieser Flche (Grenzfl

15、che) von der Geraden fr allseitig gleiche Spannung 1= 2= 3ist die Deviatorspannung in dem die Grenzbedingung erfllenden Spannungszustand. ANMERKUNG 2 Die Grenzbedingung eines wassergesttigten bindigen Bodens kann sowohl durch die totalen (totale Grenzbedingung) als auch durch die effektiven Spannung

16、en (effektive Grenzbedingung) ausgedrckt werden. 4.8 Scherfestigkeit (en: shear strength) Schubwiderstand in einem die Grenzbedingung erfllenden Spannungszustand ANMERKUNG 1 Siehe Bild 1. ANMERKUNG 2 Die Scherfestigkeit in einer Scherfuge ist die Schubspannung f, die im Grenzzustand auftritt. 8 DIN

17、18137-1:2010-07 Legende 1 Grenzbedingung (Grenzflche) nach Mohr-Coulomb Gleichung (6) 2 Schnitt der Grenzflche 1 mit einer Ebene 1+ 2+ 3= const. 3 Ebene 2= 34 Grenzbedingung (Gerade) fr 2= 3 in dieser Richtung unter den Randbedingungen der eindimen-sionalen Konsolidation ausgesetzt war ANMERKUNG Sie

18、he auch 4.35.5, ANMERKUNG. 4.35.8 Konsolidationsverhltnis (en: overconsolidation ratio, OCR) bei einem berkonsolidierten Boden das Verhltnis max V/V 1 bzw. bei einem eindimensional berkonsolidierten Boden max / 1 ANMERKUNG Siehe 4.35.5 und 4.35.7. 16 DIN 18137-1:2010-07 4.35.9 Rekonsolidation (en: r

19、econsolidation) Konsolidation im Scherversuch unter einer Vergleichsspannung V, die im Baugrund vor Entnahme der Proben geherrscht hat ANMERKUNG 1 Siehe auch 4.35.5, ANMERKUNG. ANMERKUNG 2 Die Rekonsolidation dient zum Ausgleich von Probenstrungen. 4.36 beim Abscheren drnierter Boden (en: drained so

20、il) Boden, bei dem aufgrund der Entwsserungsbedingungen die Volumennderungen beim Abscheren nicht durch das Porenwasser verhindert werden bzw. bei dem sich der Porenwasserdruck durch das Abscheren nicht ndert ANMERKUNG Die Bedingungen des beim Abscheren drnierten Bodens werden im D-Versuch erzeugt.

21、4.37 effektive Grenzbedingung und Scherparameter des drnierten Bodens 4.37.1 wassergesttigte bindige Bden ANMERKUNG Die Scherfestigkeit drnierter, wassergesttigter und berkonsolidierter bindiger Bden ist von der effektiven Spannung und vom Wassergehalt wfoder der Porenzahl efim Grenzzustand abhngig.

22、 wfund efhngen vom Pfad der effektiven Spannungen ab, unter der die Konsolidation und Schwellung der Probe stattgefunden haben (siehe Bild 6). Daher werden verschiedene effektive Scherparameter unterschieden. 4.37.1.1 effektive Grenzbedingung eines berkonsolidierten, wassergesttigten, bindigen Boden

23、s gerade Umhllende (Gleichungen (5) und (6) der effektiven Grenzspannungszustnde grter Scher-festigkeit von Probekrpern, die vor dem Abscheren unter der gleichen Spannung max bzw. max 1, max 2, max 3mit der Vergleichsspannung max Vkonsolidiert und anschlieend unter verschiedenen effektiven Spannunge

24、n 0. 4.38.4 effektive Grenzbedingung des undrnierten Bodens Umhllende der effektiven Spannungszustnde in den Grenzzustnden des undrnierten Bodens ANMERKUNG 1 Fr bindige Bden darf angenommen werden, dass die effektive Grenzbedingung des undrnierten Bodens bei gleicher Konsolidation mit der effektiven

25、 Grenzbedingung des drnierten Bodens bereinstimmt (gleiche Werte fr c und bei gleicher Konsolidation). ANMERKUNG 2 Bei Bden, die sich im drnierten Versuch im Grenzzustand dilatant verhalten, werden im undrnierten Versuch an wassergesttigten Probekrpern Grenzzustnde fr die effektiven Spannungen nicht

26、 oder hchstens nach groer Zunahme des effektiven mittleren Drucks erreicht, weil die fr derartige Grenzzustnde notwendige Dilatanz durch das Porenwasser verhindert wird. Diese Eigenschaft haben vor allem nichtbindige Bden aus Krnern, die im untersuchten Spannungsbereich nicht brechen. Bei derartigen

27、 Bden wird der effektive Reibungswinkel durch undrnierte Versuche an wassergesttigten Probekrpern zu klein erhalten, auer wenn sich durchgehende Scherfugen bilden. Bei bindigen Bden kann die Dilatanz im undrnierten Versuch durch Zunahme des effektiven Drucks in der Regel berwunden werden, so dass ei

28、n Grenzzustand fr die effektiven Spannungen erreicht werden kann. 21 DIN 18137-1:2010-07 4.39 Drnierte teilgesttigte Bden 4.39.1 Grenzbedingung eines drnierten teilgesttigten Bodens Mohrsche Umhllende der totalen Grenzspannungszustnde von Probekrpern, die vor der Konsolidierung den gleichen Wasserge

29、halt und die gleiche Porenzahl besitzen und drniert ohne Sttigungsdruck abgeschert werden ANMERKUNG Bei gleichem isotropem Druck und gleicher Porenzahl ist die Scherfestigkeit bei teilweiser Wasser-sttigung (Sr 1) wegen der Kapillarspannungen grer als bei vollstndiger Wassersttigung (Sr= 1). 4.39.2

30、(totaler) Reibungswinkel eines drnierten, teilgesttigten Bodens Neigungswinkel der Mohrschen Umhllenden nach 4.39.1 im , -Diagramm ANMERKUNG Da die Sttigungszahl Srbei gleichem Wassergehalt mit dem totalen isotropen Druck zunimmt und somit die Kapillarspannung abnimmt, ist der Reibungswinkel des tei

31、lgesttigten Bodens kleiner oder hchstens gleich dem effektiven Reibungswinkel. 4.39.3 (totale) Kohsion eines drnierten, teilgesttigten Bodens c Achsenabschnitt der Mohrschen Umhllenden nach 4.39.1 im , -Diagramm ANMERKUNG Bei gleicher Konsolidationsspannung ist die Kohsion c des teilgesttigten Boden

32、s um die Kapillar-kohsion ccgrer als die effektive Kohsion c des wassergesttigten Bodens. 4.40 Sttigungsdruck (en: back pressure) eine zur Wassersttigung eines Probekrpers dienende Erhhung des Porenwasserdrucks u ohne nderung der effektiven Spannungen ANMERKUNG 1 Dazu werden die totalen Normalspannu

33、ngen ebenso wie der Porenwasserdruck um den Betrag des Sttigungsdrucks erhht. ANMERKUNG 2 Sttigungsdruck kann unter anderem bei Triaxial- und Biaxialgerten aufgebracht werden. 4.41 Versuchsserie Gesamtheit der einzelnen Scherversuche, die zur Ermittlung der zur gleichen Grenzbedingung eines Bodens g

34、ehrenden Scherparameter durchgefhrt werden 22 DIN 18137-1:2010-07 a) b) c) Legende a) Wassergehalt in Abhngigkeit von (1+ 3)/2 beim Abscheren b) totale Grenzbedingung und Scherparameter uund cufr einen teilgesttigten (Sr 1) bindigen Boden c) totale Grenzbedingung fr einen wassergesttigten (Sr= 1), n

35、icht berkonsolidierten bindigen Boden Bild 8 Scherparameter cuund u, Beispiele4.42 Versuchsarten 4.42.1 konsolidierter drnierter Versuch D-Versuch (en: drained shear test) Scherversuch nach vorheriger Konsolidierung, bei dem der Probekrper unbehindert Porenwasser aufnehmen bzw. abgeben kann ANMERKUN

36、G 1 Dazu werden Belastungsnderungen bzw. Verformungen so langsam ausgefhrt, dass der Porenwas-serdruck im Inneren des Probekrpers praktisch konstant und gleich dem Sttigungsdruck bleibt. ANMERKUNG 2 Der D-Versuch an einem gesttigten Probekrpern ergibt die effektiven Spannungen in einem Grenzzustand

37、mit unbehinderter Volumennderung. ANMERKUNG 3 D-Versuche knnen unter anderem mit Triaxial- und Biaxialgerten und mit den Gerten fr direkte Scherversuche durchgefhrt werden. Bei triaxialen und biaxialen D-Versuchen an gesttigten Probekrpern knnen die Volumennderungen durch Messung der ausgepressten b

38、zw. aufgenommenen Porenwassermenge bestimmt werden. 23 DIN 18137-1:2010-07 4.42.2 konsolidierter, undrnierter Versuch CU-Versuch (en: consolidated undrained shear test) Scherversuch nach vorheriger Konsolidierung, bei dem Abgabe und Aufnahme von Porenwasser beim Abscheren durch Schlieen des Porenwas

39、sersystems verhindert sind und der entstehende Porenwasser-druck gemessen wird ANMERKUNG 1 Belastungsnderungen bzw. Verformungen werden so langsam ausgefhrt, dass sich der Poren-wasserdruck im Probekrper gleichmig verteilen kann. ANMERKUNG 2 Der CU-Versuch an einem wassergesttigten Probekrper ergibt

40、 die totalen und effektiven Span-nungen in einem Grenzzustand mit verhinderter Volumennderung. ANMERKUNG 3 Fr CU-Versuche sind Triaxial- und Biaxialgerte mit Einrichtungen zur Messung des Porenwasser-drucks geeignet. 4.42.3 konsolidierter, drnierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen CCV-Versuc

41、h (en: consolidated constant volume test) Scherversuch an konsolidierten (entsprechend dem CU-Versuch) und drnierten Probekrpern, bei dem Volumennderungen durch laufende Regelung von mindestens einer totalen Hauptspannung bei konstantem Porenwasserdruck (Sttigungsdruck) verhindert werden ANMERKUNG 1

42、 Der Versuch ergibt die effektiven Spannungen in einem Grenzzustand mit verhinderter Volumennderung. ANMERKUNG 2 Die effektiven Spannungspfade eines CU- und eines CCV-Versuches stimmen bei gleicher Konsolidation und auch sonst entsprechenden Versuchsbedingungen berein. Der CCV-Versuch kann daher ans

43、telle eines CU-Versuches durchgefhrt werden. 4.42.4 unkonsolidierter, undrnierter Versuch UU-Versuch (en: unconsolidated undrained shear test) Scherversuch ohne Messung des Porenwasserdrucks an undrnierten bindigen Probekrpern, deren Wassergehalt gleich dem Wassergehalt im Baugrund sein soll ANMERKU

44、NG 1 Die Probekrper werden bei geschlossenem Porenwassersystem auf verschiedene Anfangsdrcke belastet und dann bei ebenfalls geschlossenem Porenwassersystem abgeschert. Der Versuch ergibt die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit konstantem Wassergehalt ANMERKUNG 2 UU-Versuche knnen unter and

45、erem mit Triaxial- und Biaxiaigerten durchgefhrt werden. Sonderflle von UU-Versuchen sind der Scherflgelversuch und der einaxiale Druckversuch; in diesen Versuchen wird nur ein Punkt der Grenzbedingung erhalten. 5 Versuchsanordnungen und Versuchsbedingungen 5.1 Allgemeines Die Versuchsanordnung ist

46、magebend fr die beim Konsolidieren und Abscheren des Probekrpers durchlaufenen Spannungs- und Formnderungszustnde. Der Probekrper wird durch Aufbringen von Randspannungen oder Randkrften (Spannungssteuerung) oder durch Einprgen von Randverschiebungen (Wegsteuerung) oder durch eine Kombination von be

47、idem beansprucht. Wegsteuerung oder kombinierte Steuerung ist anzuwenden, wenn der Versuch auch zur Messung einer Entfestigung nach einem Grenzzustand dienen soll. 24 DIN 18137-1:2010-07 5.2 Versuchsanordnungen fr kontrollierte Hauptspannungen und feste Hauptspannungsrichtungen in einem Zonenbruch 5

48、.2.1 Randbedingungen In die aufeinander senkrecht stehenden Probenoberflchen werden Spannungen und/oder Verschiebungen eingeprgt derart, dass die rechten Winkel zwischen den Oberflchen und die Symmetrieachsen des Probekrpers nherungsweise erhalten bleiben und unbeabsichtigt eingeleitete Randschubspannungen im Vergleich zu den Normalspannungen vernachlssigbar sind. Die Normalspannungen an den Probenober-flchen werden als Hauptspannungen betrachtet. Die Richtungen der Hauptspannungen und Hauptdeh-nungen stimmen berein. Die Hauptspannun