Verallgemeinerter Cam-Ton Model (GCC)

Das Verallgemeinerte Cam-Ton Modell basiert auf den gleichen Prinzipien wie das Modified Cam-clay Modell. Es bietet jedoch eine erhebliche Verbesserung, insbesondere in Bezug auf die vorhergesagte Scherfestigkeit, indem es den Grad der Entfestigung reduziert (siehe die gestrichelte Linie in der folgenden Abbildung, die der Projektion des Modified Cam-clay Modells in das Meridian-Diagramm entspricht) im Fall von hoch überkonsolidierten Böden. Wie an der Projektion der Fließfläche in das Meridian-Diagramm zu sehen ist, folgt das Modell im superkritischen Bereich (Überkonsolidierungsbereich) den Modellen des Mohr-Coulomb-Typs. Im Gegensatz zu diesen Modellen ermöglicht das Modell jedoch die Modellierung des kritischen Zustands von Böden. Die Projektion der Fließfläche in den deviatorischen Bereich wird durch die Matsuoka-Nakai-Fließfläche beschrieben, die mit allen Elasto-plastischen Modellen mit Verfestigung/Entfestigung übereinstimmt.

a) Fließfläche im Hauptspannungsraum, b) Projektion in den deviatorischen Bereich u c) Projektion im Meridianraum

Die Entwicklung des Prekonsolidierungsdrucks sowie die Bedeutung der Parameter, die die konstitutiven Relationen definieren, werden ausführlich in der Präsentation des Modified Cam-clay Modells beschrieben. Weitere Details sind im theoretischen Handbuch verfügbar. Die Parameter, die das Verallgemeinerte Cam-clay Modell definieren, sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

m Gegensatz zum Modified Cam-clay Modell ist der kritische Zustand Reibungswinkel φ_cs einer der Eingabeparameter. Darüber hinaus führt das Modell den Spitzenwinkel der internen Reibung ein, der die Neigung der kritischen Zustandslinie definiert. Zusammen mit der Neigung der kritischen Zustandslinie g (im Gegensatz zur Neigung der kritischen Zustandslinie M_cs im Modified Cam-clay Modell) wird dieser Parameter durch die Anwendung des Matsuoka-Nakai-Versagens-Kriteriums bereitgestellt. Weitere Details finden Sie im theoretischen Handbuch.

wo θ der Lode-Winkel ist und die Funktion Χ(θ, φ_cs) die Form des Matsuoka-Nakai-Versagens-Kriteriums definiert. Weitere Details sind im theoretischen Handbuch zu finden.

Ähnlich wie beim Modified Cam-clay Modell ist der Elastizitätsmodul E nicht einer der Eingabeparameter, sondern wird aus dem Bulkmodul K_s und dem Poisson-Verhältnis berechnet. Der Bulkmodul wird folgendermaßen angegeben:

Die Entwicklung der Steifigkeit, ähnlich wie beim Modified Cam-clay Modell, hängt vom mittleren effektiven Stress σ_m ab. Dies steht in engem Zusammenhang mit der Auswahl des initialen Lastschritts, der sehr kleine Werte für die Anfangsspannung benötigt, um ausreichend klein zu sein. Um die Konvergenz zu beschleunigen, ist es nützlich, die minimale Anzahl an Iterationen für einen einzelnen Lastschritt zu nutzen. Der Einfluss der Magnitude des Anfangslastschritts auf die Entwicklung der Spannung und Dehnung wird hier ausführlich beschrieben.

Die Festlegung des initialen Prekonsolidierungsdrucks p_cⁱⁿ, des initialen Bulkmoduls Kⁱⁿ und des initialen Porenvolumens e_in wird detailliert in der Präsentation des Modified Cam-clay Modells beschrieben. Das initiale Porenvolumen e_in, das dem Zustand am Ende des ersten Berechnungsschritts entspricht, wird nicht direkt eingegeben, sondern computergestützt aus dem eingegebenen Porenverhältnis e₀ und dem aktuellen Spannungszustand ermittelt.

Das Modell erlaubt es, den initialen Wert des Prekonsolidierungsdrucks p_c in Abhängigkeit vom erwarteten Grad der Prekonsolidierung mithilfe der Parameter OCR und POP anzupassen. Weitere Details sind hier zu finden. Beachten Sie, dass diese Option nur verfügbar ist, wenn der initiale geostatische Stress mit Hilfe des K₀ -Verfahrens festgelegt wird.

Wenn undränierten Bedingungen in der Analyse erforderlich sind, kann mit der Analyse in effektiven Spannungen (Typ 1 (c_ef, φ_e) fortgefahren werden.

Das Verallgemeinerte Cam-clay Modell ermöglicht auch die Durchführung einer Stabilitätsanalyse. Diese Option ist jedoch nur verfügbar, wenn die Stabilitätsanalyse innerhalb einer gegebenen Bauphase durchgeführt wird. Die Aufgabe wird durch schrittweises Reduzieren sowohl des Spitzenwinkels der internen Reibung φ als auch des kritischen Reibungswinkels φ_cs wie folgt gelöst:

wobei ζ der Reduktionskoeffizient ist φ, φ_cs die tatsächlichen Werte der Reibungswinkel sind und φ_d, φ_{cs, d} die reduzierten Parameter darstellen. Der Sicherheitsfaktor FS wird dann wie folgt gegeben:

Der Bulkmodul bleibt während des Reduktionsprozesses fixiert. Er wird gleich dem Wert beim Ende der entsprechenden Spannungsanalyse in einer gegebenen Berechnungsphase gesetzt.Die Leistung des Modells im Rahmen einfacher Laboruntersuchungen wird hier untersucht, einschließlich eines Vergleichs mit dem Modified Cam-clay Modell.Die Implementierung des Verallgemeinerten Cam-clay Modells in das GEO5 FEM-Programm wird im theoretischen Handbuch ausführlich beschrieben.