A simple dynamic approach for the numerical modelling of soil as a two-phase material

Einfacher dynamischer Ansatz zur numerischen Modellierung des Bodens als 2-Phasen-Material.

Bei vielen geotechnischen Fragestellungen wird das Bodenverhalten durch das Porenwasser und die Porenluft beeinflusst. Effekte, wie zeitabhängige Verformungen, eine temporäre Reduktion der Scherfestigkeit oder sogar eine Verflüssigung von locker gelagerten Sanden können die Folge sein. Um diese Effekte in einer geotechnischen Berechnung zu berücksichtigen, muss der Boden als Mehrphasengemisch mit einer Interaktion der einzelnen Phasen untereinander betrachtet werden. Es wird ein einfacher dynamischer Ansatz zur numerischen Modellierung von wassergesättigten Böden mittels der Finite-Elemente-Methode unter Verwendung einer expliziten Zeitintegration vorgestellt. Die den Boden als 2-Phasengemisch beschreibenden Gleichungen werden auf Basis einer User-Routine für Stoffmodelle implementiert. An einfachen Beispielen wird der Ansatz für verschiedene Randbedingungen, statische und dynamische Belastung sowie für nicht-lineares Materialverhalten untersucht. Das Ergebnis wird mit analytischen Lösungen oder Ergebnissen verglichen, welche mit einem impliziten Gleichungslöser berechnet wurden. Im Vergleich zur impliziten Formulierung besitzt der vorgestellte Ansatz den Vorteil, dass eine explizite Formulierung für dynamische Berechnungen häufig effizienter hinsichtlich der Rechenzeit ist, insbesondere für große Finite-Elemente-Modelle mit kurzen Simulationsdauern und Berechnungen mit extrem diskontinuierlichen Prozessen, wie beispielsweise bei der Rammung von Pfählen.