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In der vorliegenden Arbeit wurde die Ringfuge einer Tübbingschale hinsichtlich der Möglichkeit einer Reibungskopplung zur Übertragung von Scherkräften, wie sie bei relativen Ringversätzen auftreten können, untersucht. Ein Schwerpunkt lag dabei in der Ermittlung von Scherwiderständen an unterschiedlich profilierten Betonprobekörpern mit direktem Betonkontakt bzw. mit Verwendung einer Zwischenlage. Neben diesen Scherversuchen wurde zudem die Entwicklung der Normalkraft in der Ringfuge untersucht. Dabei wurden zur Verfügung gestellte Messdaten eines In-situ-Versuchs am Neuen Schlüchterner Tunnel ausgewertet. Weitere Erkenntnisse lieferte ein unter Laborbedingungen durchgeführter Bauteilversuch an Originaltübbings. Letztere wurden mittels Spanngliedern über einen Zeitraum von drei Jahren verspannt. Der Spannkraftverlust infolge von Kriechen und Schwinden des Betons sowie der Relaxation der Dichtungsprofile und der Spannglieder wurde kontinuierlich ermittelt

The need of using the underground space was limited in the human history, but in the last century and due to the increase of world population, the use of the underground space has become essential. Underground metro stations, deep garages, tunnels and basements, etc... are examples of using the underground space inside the cities. The use of underground space is conducted through deep excavation or tunneling. Several techniques are used to conduct the deep excavation and one of the most popular and well known techniques used for deep excavation is the diaphragm walling technique which is widely used specially inside the cities to safe space because it requires a very small space to conduct a deep reinforced concreted wall under the ground. However, the construction of such walls causes deformation of the surrounding ground and it could also affect the nearby existing structures. In some recorded cases the slurry trench failed and causes a great deformation which effect the nearby structures. However, Minor damages and cracks were observed in buildings near stable slurry trenches, because the soil deformation was high. The existing structures inside the cities have been constructed on shallow or deep foundations and this research was oriented to study the effect of diaphragm wall installation on the existing adjacent piled foundation. Very limited studies were made to investigate such an effect. At Cambridge university centrifuge model tests were conducted to investigate the effect of slurry reduction on single piles. Field observation was conducted in several projects and showed the settlement and deformation of buildings located on deep foundation during the diaphragm wall trenching. Numerical analysis was conducted using FLAC 3D to simulate the laboratory and the available field works. FLAC 3D is a commercial software and it depend in its analysis on finite difference method. The purpose of the simulation was to verify the used numerical analysis method. The results from the numerical analysis were in a good agreement with the available field data results, and they were also in good agreement with the laboratory test results regarding soil settlement but it was not in such good agreement when they were compared regarding the pile. Generally, from the verification the numerical analysis method is considered to be reliable. A parametric study was performed using the verified numerical analysis method. The flexible nature of the numerical analysis allows to simulate different cases and to study a variety of parameters. The output of the parametric study was the pile deflection, the bending moment and the shaft friction. The study was divided into three main parts while each part contains several parameter combinations. The first part studied the effect of the single and double panel(s) on the single pile group that has different piles numbers and formations. The second and third parts studied the effect of multiple panels on connected pile groups and piled raft foundation, respectively. Generally, the studied parameters can be divided into three main groups. The first is related to the trench which includes the panel dimension, the number of panels and the slurry level inside the panel. The effect of slurry pressure reduction at some levels inside the trench was also studied. The second group concerned the soil type and ground water level. The third group is related to the deep foundation which includes pile characteristics, location, and formation within the group. The results from the parametric study showed that the pile behavior was greatly affected by panel length, groundwater level, slurry level inside the trench and steadiness of the slurry pressure. The piles were also affected by the different stages of construction related to the pile location from the constructed panel. The piles within the group act together so they behave different from each other according to their position. The effect of the pile on the trench stability is presented through a simple analytical approach which is based on the wedge analysis. The analytical approach provided equations that calculate the factor of safety in two and three dimensions. The pile location was governing the equation that calculate the factor of safety because the pile could be fully inside the failure wedge or intersect with the failure surface. A comparative study was conducted to find out the effect of the different pile location and other parameters on the safety factor. Generally, this comparative study showed that the pile located within the failure wedge reduces the factor of safety, while the pile that intersects the failure surface could increase it. The pile row near a trench that contains piles inside the failure wedge and others intersects the failure surface act together to balance the failure wedge. The factor of safety results of some cases from the analytical approach were also compared with those calculated from the numerical analysis. In general, the factor of safety from the numerical analysis was higher than that calculated from the proposed analytical approach. This research helped to understand the trenching effect on the ground surface and on the nearby piled foundations. It provided charts that could help to predict the soil deformation and earth pressure coefficient which could be used in the design. It showed through the parametric study the precautions that should be taken into consideration during trenching process near piled foundation. This research provided a design method for the slurry trench panel near piled foundation.

Due to the economic and ecologic advantages of geogrids, this kind of geosynthetic material has been widely used in practice to reinforce various soil structures. Geogrid reinforcing effects are performed via the interaction of geogrids together with the surrounding soil. In order to improve the understanding of geogrid–soil interaction, discrete element modeling (DEM) based on 2D software Particle Flow Code (PFC2D) was carried out in this study. Compared with 3D modeling, 2D investigations have the particular advantage of giving insights into key mechanisms with less computational time. In the numerical modeling of unbonded soil particles, a new iterative approach was suggested for the determination of reasonable 2D porosities in DEM studies. In the DEM investigations of geogrids, a piecewise linear model was developed to characterize the nonlinear tensile behavior of geogrids. Based on the developed models of soil and geogrids, the geogrid-soil interaction was investigated under different experimental loading conditions. In the numerical compound tensile tests, the frictional interaction between one geogrid tensile member and soil was visualized by the force development and soil particle rotations in the specimen. Based on the discrete element modeling of geogrid pullout tests, the bearing resistance caused by the geogrid transverse members was obtained. The numerically obtained normal stress distribution in the geogrid plane was found to be not constant with increasing clamp displacement but on average in agreement with the prescribed normal stress. In the DEM investigations of biaxial compression tests, the compound stress-strain behavior of geogrid reinforced specimen was significantly improved with increasing number of geogrid longitudinal and transverse members. The geogrid reinforcement mechanisms were visualized by the kinematic behavior and load transfer behavior of unreinforced and reinforced specimens. Besides the DEM investigations under each single experimental load, the developed DEM models were applied in the numerical modeling of real geogrid reinforced soil structures under combined loading conditions. The geogrid reinforcing effects in such practical loading conditions were visualized by the responses of soil and geogrids. The DEM simulation results of this study demonstrate that PFC2D can be used as a practical tool to investigate the complex interaction between geogrid and soil. The visualization results provide researchers detailed insights into the geogrid-soil interaction and an improved understanding of geogrid reinforcement mechanisms at a microscopic scale under different loading conditions.

Geohazards are natural Earth processes that threaten human lives and property. Examples of typical geohazards are subsidence, landslides, earthquakes and so forth, all of which can result in significant casualty and loss of property. Nowadays, the rapid development of wireless sensor networks and microelectromechanical systems has allowed real-time remote surveillance of geohazards, from which an accurate understanding of the dynamics and variations of geohazards can be obtained. Besides, over the years, geological engineers and scientists have acquired better comprehension of the mechanisms and the factors causing the disasters, which is also a crucial precondition in order to evaluate the situation and predict the occurrence of the geohazards.Therefore this study aims at establishing a unified process model for an early warning system which could contribute significantly to reduce the damage from geohazards. The JDL data fusion process model has been selected as a prototype and been adapted based on geological attributes and requirements for respective purposes in each steps of the process. A demonstration of the modified model is provided step by step with either a methodological description or simulation. Briefly, the scheme of the adapted JDL model is conceptualized by three divisions: Data Source, Data Fusion Domain and Human/Computer Interface. In the Data Source Domain, all kinds of monitored data like displacements, tilt angles, pore-water pressures from distributed sensors within the network are measured and preceded knowledge in the aspects of geology, tectonics, lithology and morphology are collected. Being exported to the Data Fusion Domain, the raw data are processed corresponding to a gradual hierarchy. This allows the assessment of the situation of the observed phenomenon and the derivation of the potential possibility of failure. Data mining techniques, numerical simulation and statistical methods are implemented accordingly. Finally, the results are reported to the Human/Computer Interface where the prediction can be displayed and subsequent commands can be given.

Geokunststoffe sind beständige Produkte aus Polymeren, die in Boden eingelegt werden um geotechnische Probleme zu lösen. Eine Kategorie der Geokunststoffe sind Geogitter, bei denen die Längs- und Querelemente eine offene, gitterförmige Struktur bilden und die meist zur Bodenbewehrung eingesetzt werden. Ihre Verwendung zur Bewehrung von gering tragfähigen Böden für kunststoffbewehrte Erd- und Stützbauwerke kann enorme ökologische und ökonomische Vorteile bieten. Trotz der Tatsache, dass die Verwendung von Geogittern in den letzten Jahren stark zugenommen hat, sind die Grundlagen zum Bau und zur Bemessung limitiert. Besonders die Schlüsselfrage, wie Geogitter und verschiedene Lockergesteine in unterschiedlichen Belastungssituationen interagieren, ist ingenieursmäßig nur lückenhaft untersucht worden. Im Rahmen dieser Dissertation wurde deshalb in über 250 großmaßstäblichen Scher-, Herauszieh- und Reibungsversuchen das Verbundverhalten Geokunststoff/Locker¬gestein eingehend untersucht. Dazu wurden 14 handelsübliche Geogitter, die teilweise auch modifiziert wurden, in dem Interaktionsprüfgerät des Institutes für Geotechnik der TU Bergakademie Freiberg mit verschiedenen Böden systematisch getestet. Die vielen Versuchsanordnungen und die aus ihnen abgeleiteten Überlegungen und gewonnenen Erkenntnisse belegten, dass die wichtigsten Parameter interagieren, und zwar in verschiedenen Abhängigkeiten wie weitere Variationen der Bodenparameter (Kornverteilung, Wassergehalte, Verdichtung, Bindemittelzusatz etc.), der unterschiedlichen Geogitterparameter (Oberflächenbeschaffenheit, Struktur, etc.) und der Belastung gezeigt haben. Darüber hinaus wurde das Interaktionsprüfgerät für zukünftige Versuche weiterentwickelt (Entkopplung des Versuchseinbaus vom Versuchsgerät usw.). Der Fokus der Forschungsarbeit lag dabei in der Schaffung von Grundlagenkenntnissen für den gemeinsamen Einsatz von bindigen Lockergesteinen und Geokunststoffen. Bei rolligen Böden zeigte sich, dass die Rautiefe sich stärker (positiv) auf die Widerstände auswirkt als bei den bindigen Böden. Hingegen waren bei bindigen Böden die Auswirkungen durch eine Erhöhung der Querelemente deutlicher. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass dreidimensionale Querelemente das Verbundverhalten verbessern und Tests an Geogittern mit einem größeren Verhältnis von Öffnungsweite zu Maschenweite zeigten höhere Adhäsionswerte. Die Reibungsversuche hatten einen gleichmäßigeren Verlauf und geringere Streuungen zwischen den unterschiedlichen Geogittern, weshalb aufgrund der deutlicheren Unterschiede zwischen den Produkten bei den Herausziehversuchen detaillierte Schlussfolgerungen gezogen werden konnten. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Bemessungsgrundlagen und ermöglicht ein detaillierteres Verständnis des Verbundverhaltens. Des Weiteren werden Vorschläge ausgearbeitet die im Labor erzielten Ergebnisse auf die Baupraxis zu übertragen, wie zum Beispiel durch das Vermeiden von Trennflächen zwischen Geogitter und Boden bei der Verdichtung. Geosynthetics are durable polymeric products placed in soil to help solve civil engi-neering problems; one category of these is geogrids. Geogrids are polymers formed into an open, grid-like configuration and function primarily as soil reinforcement. Their use to reinforce soil with weak bearing capacity could have big ecological and economical advantages. Although geogrid use has grown in recent years, there is still limited design information available due to the wide variety of design configurations and soil variability. One of the key factors lacking for more widespread engineering implementation is a greater understanding of the interaction between various geogrids and soil combinations when exposed to different load effects. In more than 250 shear, pull-out, and friction tests, this interaction behavior was examined in detail. Fourteen general geogrids (sometimes additionally modified) using dif-ferent soil types were systematically tested in the Interaction Testing Device at the Geotechnical Institute of the TU Bergakademie Freiberg. Combining the huge quantity of test results with a theoretical analysis, the main parameters which affect soil behavior could be defined. Furthermore the Interaction Testing Device could be improved for test in future. Our analysis showed us that the roughness of the geogrid has more of a beneficial impact on the strength of frictional soils than it does for silty soils. Silty soils however, were more affected by the height of cross elements in the geogrid than other types. It was also observed that 3D elements in the cross machine direction improve the interaction behavior. Tests with geogrids which have a bigger ratio of opening size to mesh size showed higher adhesion values. The friction test results were more regular, had a uniform progress and had smaller differences between geogrid configurations. Therefore, conclusions with higher certainty could be drawn from the pull-out tests with the differential results. The present research contributes to the limited design information to help provide a better understanding of the interaction behavior. Furthermore, suggestions are given to use the laboratory detected results in real-world applications, one of which is the way of compaction to minimize the potential for creating a slip-surface between the geogrid and soil.

The increasing need for regional development has led engineers to find safe ways to construct the infrastructure of transportation on soft soils. Soft soil is not able to sustain external loads without having large deformations. The geotechnical properties of soft soil which is known for its low bearing capacity, high water content, high compressibility and long term settlement as well. In pavement engineering, either highway or runway as an infrastructure, a pavement encompasses three important parts namely traffic load, pavement and subgrade. Traffic load generated from tire pressure of vehicle and/or airplane wheels are usually around 550 kPa even more on the surface of the pavement. Pavement generally comprises granular materials with unbounded or bounded materials located between traffic load and subgrade, distributing the load to surface of subgrade. One of the promising soil improvement techniques is a piled embankment. When geosynthetics layer is unrolled over piles, it is known as geosynthetics supported piled embankment. Particularly in deep soft soil, when piles do not reach a hard stratum due to large thickness of the soft soil, the construction is an embankment on floating piles. Furthermore, because of different stiffness between piles and subsoil, soil arching effect would be developed there. By using Finite Element analysis, some findings resulted from experimental works and several field tests around the world as field case studies are verified. Some important findings are as follows: the stress concentration ratio is not a single value, but it would be changed depending on the height of embankment, consolidation process of subsoil, surcharge of traffic load, and tensile modulus of geosynthetics as well. Ratio height of embankment to clear piles spacing (h/s) around 1.4 can be used as a critical value to distinguish between low embankment and high embankment. When geosynthetics is applied to reinforce a pavement/embankment, the vertical distance of geosynthetics layers and number of geosynthetics layers depend on the quality of pavement material. The lower layer of geosynthetics withstands a tensile stress higher than upper layer. Primary reinforcements for geosynthetics in piled embankments are located at span between piles with maximum strains at zones of adjacent piles. Traffic load that passes through on the surface of the pavement can reduce the soil arching, but it can be restored during the off peak hours. Settlements of embankments on floating piles can accurately be modelled using the consolidation calculation type, whereas the end-bearing piles may be used the plastic calculation type. Longer piles can be effectively applied to reduce a creep. By applying length of floating piles more than 20% of soft soil depth, it would have a significant impact to reduce a creep on a deep soft soil.

In geotechnical engineering, the uncertainties such as the variability and uncertainty inherent in the geotechnical properties have caught more and more attentions from researchers and engineers. They have found that a single “Factor of Safety” calculated by traditional deterministic analyses methods can not represent the slope stability exactly. Recently in order to provide a more rational mathematical framework to incorporate different types of uncertainties in the slope stability estimation, reliability analyses and non-deterministic methods, which include probabilistic and non probabilistic (imprecise methods) methods, have been applied widely. In short, the slope non-deterministic analysis is to combine the probabilistic analysis or non probabilistic analysis with the deterministic slope stability analysis. It cannot be regarded as a completely new slope stability analysis method, but just an extension of the slope deterministic analysis. The slope failure probability calculated by slope non-deterministic analysis is a kind of complement of safety factor. Therefore, the accuracy of non deterministic analysis is not only depended on a suitable probabilistic or non probabilistic analysis method selected, but also on a more rigorous deterministic analysis method or geological model adopted. In this thesis, reliability concepts have been reviewed first, and some typical non-deterministic methods, including Monte Carlo Simulation (MCS), First Order Reliability Method (FORM), Point Estimate Method (PEM) and Random Set Theory (RSM), have been described and successfully applied to the slope stability analysis based on a numerical simulation method-Strength Reduction Method (SRM). All of the processes have been performed in a commercial finite difference code FLAC and a distinct element code UDEC. First of all, as the fundamental of slope reliability analysis, the deterministic numerical simulation method has been improved. This method has a higher accuracy than the conventional limit equilibrium methods, because of the reason that the constitutive relationship of soil is considered, and fewer assumptions on boundary conditions of slope model are necessary. However, the construction of slope numerical models, particularly for the large and complicated models has always been very difficult and it has become an obstacle for application of numerical simulation method. In this study, the excellent spatial analysis function of Geographic Information System (GIS) technique has been introduced to help numerical modeling of the slope. In the process of modeling, the topographic map of slope has been gridded using GIS software, and then the GIS data was transformed into FLAC smoothly through the program built-in language FISH. At last, the feasibility and high efficiency of this technique has been illustrated through a case study-Xuecheng slope, and both 2D and 3D models have been investigated. Subsequently, three most widely used probabilistic analyses methods, Monte Carlo Simulation, First Order Reliability Method and Point Estimate Method applied with Strength Reduction Method have been studied. Monte Carlo Simulation which needs to repeat thousands of deterministic analysis is the most accurate probabilistic method. However it is too time consuming for practical applications, especially when it is combined with numerical simulation method. For reducing the computation effort, a simplified Monte Carlo Simulation-Strength Reduction Method (MCS-SRM) has been developed in this study. This method has estimated the probable failure of slope and calculated the mean value of safety factor by means of soil parameters first, and then calculated the variance of safety factor and reliability of slope according to the assumed probability density function of safety factor. Case studies have confirmed that this method can reduce about 4/5 of time compared with traditional MCS-SRM, and maintain almost the same accuracy. First Order Reliability Method is an approximate method which is based on the Taylor\'s series expansion of performance function. The closed form solution of the partial derivatives of the performance function is necessary to calculate the mean and standard deviation of safety factor. However, there is no explicit performance function in numerical simulation method, so the derivative expressions have been replaced with equivalent difference quotients to solve the differential quotients approximately in this study. Point Estimate Method is also an approximate method involved even fewer calculations than FORM. In the present study, it has been integrated with Strength Reduction Method directly. Another important observation referred to the correlation between the soil parameters cohesion and friction angle. Some authors have found a negative correlation between cohesion and friction angle of soil on the basis of experimental data. However, few slope probabilistic studies are found to consider this negative correlation between soil parameters in literatures. In this thesis, the influence of this correlation on slope probability of failure has been investigated based on numerical simulation method. It was found that a negative correlation considered in the cohesion and friction angle of soil can reduce the variability of safety factor and failure probability of slope, thus increasing the reliability of results. Besides inter-correlation of soil parameters, these are always auto-correlated in space, which is described as spatial variability. For the reason that knowledge on this character is rather limited in literature, it is ignored in geotechnical engineering by most researchers and engineers. In this thesis, the random field method has been introduced in slope numerical simulation to simulate the spatial variability structure, and a numerical procedure for a probabilistic slope stability analysis based on Monte Carlo simulation was presented. The soil properties such as cohesion and friction angle were discretized to continuous random fields based on local averaging method. In the case study, both stationary and non-stationary random fields have been investigated, and the influence of spatial variability and averaging domain on the convergence of numerical simulation and probability of failure was studied. In rock medium, the structure faces have very important influence on the slope stability, and the rock material can be modeled as the combination of rigid or deformable blocks with joints in distinct element method. Therefore, much more input parameters like strength of joints are required to input the rock slope model, which increase the uncertainty of the results of numerical model. Furthermore, because of the limitations of the current laboratory and in-site testes, there is always lack of exact values of geotechnical parameters from rock material, even the probability distribution of these variables. Most of time, engineers can only estimate the interval of these variables from the limit testes or the expertise’s experience. In this study, to assess the reliability of the rock slope, a Random Set Distinct Element Method (RS-DEM) has been developed through coupling of Random Set Theory and Distinct Element Method, and applied in a rock slope in Sichuan province China.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einer Methode zur Bestimmung von realistischeren Steifemoduln für eine genauere Setzungsprognose von Flachgründungen in sehr „laborfeindlichen“ veränderlich festen Gesteinen. Die vergleichenden Laboruntersuchungen an teilverwitterten Keuperböden ergaben, dass die Steifemoduln aus den K0-Triaxialversuchen um den Faktor zwei bis drei größer sind als die Moduln aus den Standardoedometerversuchen. Durch, sowohl analytische, wie auch numerische, Nachrechnungen der durchgeführten Feldversuche und der Setzungsmessungen konnte nachgewiesen werden, dass mit Moduln aus K0-Triaxialversuchen deutlich zutreffendere Setzungsprognosen im Keuper möglich sind, als mit Moduln aus den Oedometerversuchen. Es konnte eine deutliche Abhängigkeit der Entwicklung des Steifemoduls von der Belastungsgeschichte, insbesondere im Übergangsbereich von der „echten“ Wiederbelastung zur Erstbelastung, gefunden werden. Für grobe Näherungen, z.B. für Vorbemessungen, werden Abhängigkeiten zwischen Auflastspannungen und Steifemoduln für die Erst- und für die Wiederbelastung angegeben. So lassen sich Moduln für beliebige Spannungen direkt abschätzen. Aus den abgeleiteten Moduluszahlen m des untersuchten Spannungs-Verformungsverhaltens von Böden, können, insbesondere unter Einbeziehung von Daten aus der internationalen Literatur, Korrelationsgleichungen in Abhängigkeit von Anfangsporenzahl bzw. Anfangsporenanteil mit guten bis sehr guten Regressionen angegeben werden. Da der Steifeexponent a nur geringfügig vom Anfangsporenanteil n abhängt und an den in dieser Arbeit untersuchten Böden weder sinnvolle Korrelationen mit R > 0,8 zwischen a und n, noch Abhängigkeiten von a zur Korngröße gefunden wurden, werden für die Steifeexponenten Mittelwerte angegeben.:INHALTSVERZEICHNIS KURZFASSUNG………………………………………………………………………..VI ABSTRACT…………………………………………………………………..………..VII VERWENDETE BEZEICHNUNGEN, ABKÜRZUNGEN UND INDIZES……………..….. VIII TABELLENVERZEICHNIS…………………………………………………………........ X BILDVERZEICHNIS……………………………………………………………....… XIII 1. EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG ………………………………………… 1 2. GLIEDERUNG, AUFBAU UND ZIEL DER ARBEIT ……………………...…………... 3 3. ZUR GEOLOGIE DES GIPSKEUPERS ……………………….…………………….... 8 3.1 Übersicht über die geologische Situation …………….…………………...… 8 3.2 Entstehung und heutiger Zustand des Gipskeupers als Baugrund ……… 11 3.2.1 Einleitung ……………………………………….…………………..… 11 3.2.2 Entstehung der vorbelasteten Böden …………………………………..12 3.2.3 Geologische Vorbelastung……………….….………………………… 13 3.2.4 Bodenkennwerte und bodenmechanische Eigenschaf-ten……….……...14 3.2.5 Heutiger Zustand als Baugrund (Verwitterungsgrad)……………..…... 14 3.2.6 Verwitterung und Entfestigung der Keuperböden…………………….. 18 3.2.7 Entfestigung durch Entlastung………………………………………… 19 3.2.8 Entfestigung durch Verwitterung…………………………………..…. 20 3.2.9 Keupermechanik im Überblick………..………………………………. 21 3.2.9.1 Horizontale Vorspannung und K0-Wert………………..…….. 23 3.2.9.2 Vergleich und Bewertung der heutigen Baugrundsituation….. 24 3.2.10 Abschließende Bewertung zu Kapitel 3.2……………………….……. 25 4. STAND DER FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG………………………………….. 26 4.1 Grundlagen der eindimensionalen Kompression………………………….. 26 4.1.1 Spannungen………………………………………………………...….. 26 4.1.2 Verformungen……………………………………………….……..….. 27 4.2 Spannungs-Verformungsbeziehungen der eindimensionalen Kompression…………………………………………………………….…… 29 4.2.1 Allgemeines…………………………………………………………… 29 4.2.2 Steifemodul nach DIN 18135………………………………………..... 30 4.2.3 Kompressions- und Schwellindex nach TERZAGHI……………….… 30 4.2.4 Verdichtungszahl nach OHDE……………………………………...…. 32 4.2.5 Tangentenmodul nach JANBU………………………………………... 33 4.2.6 Steifemodul in Abhängigkeit der Belastungsgeschichte nach RUDERT und FRITSCHE….................................................................. 33 4.2.7 Steifemodul in Abhängigkeit der Belastungsgeschichte nach BIAREZ und HICHER………………………………………………... 35 4.3 Literaturübersicht zur eindimensionalen Kompression verschiedener Böden………………………………………………………… 36 4.3.1 Steifemodul als Sekantenmodul nach DIN 18135 für Keuperböden…. 36 4.3.2 Kompressions- und Schwellindex nach TERZAGHI für alle Böden…. 47 4.3.3 Kompressions- u. Schwellindex für Keuperböden und vgl. Böden…... 51 4.3.4 Tangentenmodul nach JANBU (1963) für alle Böden………………… 52 4.3.5 Tangentenmodul für Keuperböden und für vergleichbare Böden…..… 55 5. UNTERSUCHTE BÖDEN UND PROBENNAHME………………………………….... 59 5.1 Gipskeuper aus Sindelfingen………………………………………………... 59 5.2 Gipskeuper aus Stuttgart-West……………………...…………………...… 60 5.3 Lößlehm……………………………………………………………………… 62 5.4 Filderlehm………………………………………………………………….… 62 5.5 Opalinuston……………………………………………………………..…… 63 5.6 Sand-Opalinuston…………………………………………………………… 63 6. LABORVERSUCHE ZUR BESCHREIBUNG DES GIPSKEUPERS……………………. 64 6.1 Natürliche Wassergehalte, Konsistenzen und Trockendichten…………... 64 6.2 Körnungslinien…………………………………………………………….… 64 6.3 Korndichten……………………………………………………………..…… 66 6.4 Wasseraufnahmevermögen……………………………………………...….. 66 6.5 Quellversuche……………………………………………………………….. 67 6.6 Mineralogie……………………………………………………………...…… 67 6.7 Scherparameter……………………………………………………………… 67 6.8 Vergleich der eigenen Scherparameter mit Werten aus vorliegenden Veröffentlichungen………………………………………………………….. 68 7. LABORVERSUCHE ZUR ERMITTLUNG DES SPANNUNGS-VERFORMUNGSVERHALTENS……………………………………………………. 69 7.1 Einflüsse bei Kompressionsversuchen……………………………….....….. 69 7.2 Versuchmethoden……………………………………………………...…..… 70 7.2.1 Standard-Oedometer nach DIN 18135………………………….…….… 70 7.2.1.1 Gerätebeschreibung und Versuchsprinzip…………………...…. 70 7.2.1.2 Datenerfassung und bezogene Setzung………………………… 71 7.2.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung………………………... 71 7.2.2.1 Gerätebeschreibung und Versuchsprinzip…………………….... 72 7.2.2.2 Datenerfassung und bezogene Setzung………………………… 73 7.2.3 K0-Triaxialversuche im computergesteuerten Versuchsstand GDS…….. 73 7.2.3.1 Gerätebeschreibung und Versuchsprinzip…………………….... 74 7.2.3.2 Datenerfassung und bezogene Setzung………………………… 75 7.3 Vorversuche an zur Ermittlung der Eigenverformungen der Geräte….... 76 7.3.1 Aluminiumdummys im Standard-Oedometer…………………………... 76 7.3.1.1 Versuchsdurchführung………………………………………… 76 7.3.1.2 Darstellung und Beschreibung der Versuchsergebnisse………. 76 7.3.2 Aluminiumdummys im Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung. 78 7.3.2.1 Versuchsdurchführung………………………………………... 78 7.3.2.2 Darstellung und Beschreibung der Versuchsergebnisse……… 78 7.3.3 Stahldummys im GDS-Dreiaxialgerät………………………………….. 79 7.3.3.1 Versuchsvorbereitung und Versuchsdurchführung…………….. 80 7.3.3.2 Darstellung und Beschreibung der Versuchsergebnisse…….…. 80 7.3.4 Weitere Einflüsse bei K0-Triaxialversuchen……………………….……81 7.4 Auswertemethoden………………………………………………………….. 82 7.4.1 Steifemodul als Sekantenmodul nach DIN 18135…………………….... 82 7.4.1.1 Standardoedometer nach DIN 18135…………………………... 82 7.4.1.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung……………...… 83 7.4.1.3 K0-Versuche im GDS-Triaxialgerät……………………………. 84 7.4.2 Kompressions- und Schwellindex nach TERZAGHI …………………... 84 7.4.2.1 Standardoedometer nach DIN 18135……………………….….. 84 7.4.2.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung………………... 85 7.4.2.3 K0-Tiaxialversuch………………………………………….…… 87 7.4.3 Steifemodul als Tangentenmodul nach JANBU……………………........ 87 7.4.3.1 Standardoedometer nach DIN 18135………………………....... 87 7.4.3.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung……………...… 89 7.4.3.3 K0-Versuche im GDS-Triaxialgerät……………………………. 91 7.4.4 Steifemodul in Abhängigkeit der Belastungsgeschichte nach RUDERT und FRITSCHE……………………………………………… 92 7.4.4.1 Standardoedometer nach DIN 18135………………………...… 92 7.4.4.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung……………...… 93 7.4.4.3 K0-Versuche im GDS-Triaxialgerät……………………………. 94 7.5 Probeneinbau und Versuchsdurchführung ungestörter Gipskeuperproben…………………………………………………………... 94 7.5.1 Standardoedometer…………………………………………………….... 94 7.5.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung……………………….... 95 7.5.3 K0-Versuche im GDS-Triaxialgerät…………………………………..… 95 7.6 Vergleichsversuche an homogenen, normalkonsolidierten Proben…….... 96 7.6.1 Allgemeines……………………………………………………………... 96 7.6.2 Herstellung der aufbereiteten Proben……………………………….…... 96 7.6.2.1 Herstellung der Proben aus Lößlehm…………………………... 96 7.6.2.2 Herstellung der Proben aus Opalinuston nach GÜNTSCHE….. 97 7.6.2.3 Herstellung der Probe aus Sand und Opalinuston nach RUPP…. 98 7.6.3 Kompressionsversuche im Standard-Oedometer……………………….. 99 7.6.4 Kompressionsversuche im Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung…………………………………………………………... 99 7.6.5 K0-Versuche im GDS-Triaxialgerät…………………………………..… 99 7.7 Darstellung und Diskussion der Versuchsergebnisse……………….…… 99 7.7.1 Einbaukennwerte……………………………………………….……… 100 7.7.1.1 Gipskeuper im Oedometer……………………………………. 100 7.7.1.2 Gipskeuper im K0-Tiaxialversuch…………………………….. 100 7.7.1.3 Vergleichsböden im Oedometer………………………………. 101 7.7.1.4 Vergleichsböden im K0-Tiaxialversuch………………………. 101 7.7.2 Steifemodul als Sekantenmodul nach DIN 18135…………………….. 101 7.7.2.1 Gipskeuper……………………………………………………. 101 7.7.2.2 Vergleichsböden………………………………………………. 106 7.7.3 Kompressions- und Schwellindex nach TERZAGHI………………..... 112 7.7.3.1 Gipskeuper…………………………………………................. 112 7.7.3.2 Vergleichsböden……………………………………………..... 114 7.7.4 Steifemodul als Tangentenmodul nach JANBU………………………. 116 7.7.4.1 Gipskeuper……………………………………………………. 116 7.7.4.2 Vergleichsböden………………………………………………. 118 7.7.5 Steifemodul in Abhängigkeit der Belastung nach RUDERT u. FRITSCHE…………………………………………….… 120 7.7.5.1 Gipskeuper………………………………………………..…... 120 7.7.5.2 Vergleichsböden……………………………………………..... 124 8. FELDVERSUCHE…………………………………………………………...….… 130 8.1 Allgemeines…………………………………………………………………. 130 8.2 Plattendruckversuche……………………………………..……………….. 130 8.2.1 Beschreibung der Versuchseinrichtung………………………………... 130 8.2.2 Versuchsdurchführung, Darstellung und Beschreibung der Ergebnisse…………………………………………………………. 131 8.3 Fundamentprobebelastung……………………………………..……….… 132 8.3.1 Vorüberlegungen……………………………………………………..... 132 8.3.2 Versuchsaufbau und Messgeräte………………………………………. 133 8.3.3 Versuchsdurchführung und Messwerterfassung…………………...….. 136 8.3.4 Störungen und Fehlerquellen………………………………………….. 137 8.3.5 Darstellung und Beschreibung der Versuchsergebnisse…………….… 138 8.4 Bewertung und Vergleich der Versuchsergebnisse……………………… 141 9. BAUWERKSMESSUNGEN………………………………………………………... 145 9.1 Allgemeines……………………………………………………………...…. 145 9.2 Messungen des Spannungs-Verformungsverhaltens von Fundamenten…………………………………………………….……. 145 9.2.1 Beschreibung der Messungen…………………………………………. 145 9.2.2 Störungen und Fehlerquellen………………………………………….. 146 9.2.3 Darstellung der Messergebnisse………………………………...……... 147 9.3 Bewertung und Vergleich der Messergebnisse………………………...... 147 10. NACHRECHNUNG DER FELDVERSUCHE UND DER BAUWERKSMESSUNGEN…...149 10.1 Nachrechnungen mit Standardverfahren nach DIN 4019………...…... 149 10.1.1 Allgemeines………………………………………………………… 149 10.1.2 Berechnungsbeispiele………………………………………………. 150 10.2 Nachrechnungen mit numerischen Verfahren…………………………. 154 10.2.1 Allgemeines………………………………………………………… 154 10.2.2 Rechenprogramm…………………………………………………… 155 10.2.3 Verwendete Stoffmodelle……………………………………........... 155 10.2.4 Berechnungsbeispiele………………………………………………. 156 10.3 Bewertung und Vergleich der eigenen Berechnungsergebnisse……….. 161 11. ZUSAMMENFASSENDER VERGLEICH MIT GESAMTBEWERTUNG UND EMPFEHLUNGEN FÜR DIE BAUPRAXIS ……………………………………...…. 162 11.1 Laborversuche…………………………………………………….…….. 162 11.1.1 Steifemodul als Sekantenmodul nach DIN 18135………………… 162 11.1.2 Steifemodul als Tangentenmodul nach JANBU…………………... 168 11.1.3 Steifemodul in Abhängigkeit der Belastungsgeschichte nach RUDERT und FRITSCHE…………………………………... 171 11.2 Nachrechnungen der Feldversuche und der Setzungsmessungen…….175 11.2.1 Berechnungen mit herkömmlichen Verfahren (DIN 4019)….......... 176 11.2.2 Berechnungen mit numerischen Verfahren mit FEM………..……. 180 11.3 Empfehlungen für die Baupraxis aus den erzielten Erkenntnissen...... 181 12. AUSBLICK UND WEITERER FORSCHUNGSBEDARF…………………………….. 183 13. ZUSAMMENFASSUNG…………………………………………………………... 185 LITERATURVERZEICHNIS………………………………………………………..… 188 VERZEICHNIS DER ANHÄNGE……………………………………………….……... 201

The design of hydropower projects requires a comprehensive planning process in order to achieve the objective to maximise exploitation of the existing hydropower potential as well as future revenues of the plant. For this purpose and to satisfy approval requirements for a complex hydropower development, it is imperative at planning stage, that the conceptual development contemplates a wide range of influencing design factors and ensures appropriate consideration of all related aspects. Since the majority of technical and economical parameters that are required for detailed and final design cannot be precisely determined at early planning stages, crucial design parameters such as design discharge and hydraulic head have to be examined through an extensive optimisation process. One disadvantage inherent to commonly used deterministic analysis is the lack of objectivity for the selection of input parameters. Moreover, it cannot be ensured that the entire existing parameter ranges and all possible parameter combinations are covered. Probabilistic methods utilise discrete probability distributions or parameter input ranges to cover the entire range of uncertainties resulting from an information deficit during the planning phase and integrate them into the optimisation by means of an alternative calculation method. The investigated method assists with the mathematical assessment and integration of uncertainties into the rational economic appraisal of complex infrastructure projects. The assessment includes an exemplary verification to what extent the Random Set Theory can be utilised for the determination of input parameters that are relevant for the optimisation of hydropower projects and evaluates possible improvements with respect to accuracy and suitability of the calculated results. Die Auslegung von Wasserkraftanlagen stellt einen komplexen Planungsablauf dar, mit dem Ziel das vorhandene Wasserkraftpotential möglichst vollständig zu nutzen und künftige, wirtschaftliche Erträge der Kraftanlage zu maximieren. Um dies zu erreichen und gleichzeitig die Genehmigungsfähigkeit eines komplexen Wasserkraftprojektes zu gewährleisten, besteht hierbei die zwingende Notwendigkeit eine Vielzahl für die Konzepterstellung relevanter Einflussfaktoren zu erfassen und in der Projektplanungsphase hinreichend zu berücksichtigen. In frühen Planungsstadien kann ein Großteil der für die Detailplanung entscheidenden, technischen und wirtschaftlichen Parameter meist nicht exakt bestimmt werden, wodurch maßgebende Designparameter der Wasserkraftanlage, wie Durchfluss und Fallhöhe, einen umfangreichen Optimierungsprozess durchlaufen müssen. Ein Nachteil gebräuchlicher, deterministischer Berechnungsansätze besteht in der zumeist unzureichenden Objektivität bei der Bestimmung der Eingangsparameter, sowie der Tatsache, dass die Erfassung der Parameter in ihrer gesamten Streubreite und sämtlichen, maßgeblichen Parameterkombinationen nicht sichergestellt werden kann. Probabilistische Verfahren verwenden Eingangsparameter in ihrer statistischen Verteilung bzw. in Form von Bandbreiten, mit dem Ziel, Unsicherheiten, die sich aus dem in der Planungsphase unausweichlichen Informationsdefizit ergeben, durch Anwendung einer alternativen Berechnungsmethode mathematisch zu erfassen und in die Berechnung einzubeziehen. Die untersuchte Vorgehensweise trägt dazu bei, aus einem Informationsdefizit resultierende Unschärfen bei der wirtschaftlichen Beurteilung komplexer Infrastrukturprojekte objektiv bzw. mathematisch zu erfassen und in den Planungsprozess einzubeziehen. Es erfolgt eine Beurteilung und beispielhafte Überprüfung, inwiefern die Random Set Methode bei Bestimmung der für den Optimierungsprozess von Wasserkraftanlagen relevanten Eingangsgrößen Anwendung finden kann und in wieweit sich hieraus Verbesserungen hinsichtlich Genauigkeit und Aussagekraft der Berechnungsergebnisse ergeben.

Öffentlich Private Partnerschaften (PPP) werden als Mittel zur Mobilisierung brach liegender Grundstücke thematisiert. Eine zentrale Rolle spielt der Begriff der „Initialbrachfläche“. Erfährt die Initialbrache einen öffentlichen Nutzungszweck mit Hilfe einer PPP, hat dies positive Auswirkungen auf benachbarte Brachen in einem definierten Umfeld. Am Beispiel des Chemnitztales mit seinem hohen Brachenbestand wurde ein PPP Projekt konzipiert. Es wird weiterhin eingegangen auf Aspekte privaten und privatwirtschaftlichen Engagements für Altstandorte und Brachen, z.B. unter dem Schlagwort Corporate Social Responsibility. Darüber hinaus wird die naturschutzrechtliche Eingriffsregelung angesprochen: Ausgleich für Flächeninanspruchnahme soll künftig verstärkt zugunsten der Renaturierung von Altstandorten erfolgen. Schließlich wird die technische Neuentwicklung eines Geokunststoff Gabions vorgestellt, bei dem Bauschutt aus Flächenrecyclingprojekten als Füllmaterial eingesetzt wird. Als Einsatzbereich des transportablen Geokunststoff Gabions wird ein mobiles Hochwasserschutzsystem skizziert.

Peat deposits are distributed mostly along the coast of West Kalimantan, Indonesia, particularly in and around the provincial capital of Pontianak. There are many problems with constructing over peat soil as the existence of this type of soil always generates geotechnical engineering problems for regional development. For light construction on peat land, several variations of Indonesian traditional floating wood foundations, commonly called tiang tongkat foundations, are still being used today. A tiang tongkat foundation of any dimension is constructed over different fields. The foundation was modelled as three-dimensional linear elastic and the Pontianak soft organic soil was modelled as undrained Soft-Soil-Creep Model. All of the 324 models were made to be used for simulation by means of the Plaxis 3-Dimensional Foundation Program. The purpose of this analysis is to predict the load-settlement behaviour and the capacity of traditional foundations. The comparison between field tests and numerical analysis and analytical solutions are also demonstrated.

Eines der Hauptanwendungsgebiete von Geokunststoffen ist der Verkehrswegebau. Hier haben sich neben Trenn- und Filterlagen Geokunststoffbewehrungen etabliert. Ihr Zugkraft-Dehnungsverhalten hat Einfluss auf die Nutzungsdauer des Fahrbahnaufbaus. Dort wo diese Geokunststoffe zyklischen Beanspruchungen durch den Verkehr ausgesetzt sind, ist grundsätzlich von einem Einfluss auf das Zugkraft-Dehnungsverhalten auszugehen. Somit ist es erforderlich, die zyklischen Einwirkungen bei der Ermittlung der Bemessungszugfestigkeit von Geokunststoffen für derartige Anwendungen zu berücksichtigen. Die Arbeit stellt dafür ein praktikables Verfahren vor. Auf der Basis polymertypischer Merkmale, die sich in den Zugkraft-Dehnungskurven widerspiegeln, wurde eine Kombination aus zyklischen Zugversuchen und chemischen Analysen untersucht, die es erlaubt, ohne die sehr aufwendig zu ermittelnden Wöhler- bzw. Smith-Diagramme Aussagen zum Verhalten der Geokunststoffe für die im Verkehrswesen relevanten Lastwechselzahlen zu machen.

Für die Berechnung der Standsicherheit von Konstruktionen mit Geokunststoffen ist die Ermittlung des "Interaktionsverhaltens" in den Schichtgrenzen zwischen Geokunststoffen und Lockergesteinen unerlässlich. Das Verbundverhalten in der Grenzfläche ist sehr komplex. Es ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, die im Rahmen dieser Arbeit experimentell, analytisch und numerisch untersucht werden. Als Ausgangspunkt für die experimentellen Untersuchungen wird vom Verfasser ein multifunktionales Geosynthetik-Boden-Interaktionsprüfgerät entwickelt und gebaut, mit dem alle zur Standsicherheit eines geokunststoffbewehrten Erdkörpers benötigten Verbundparameter ermittelt werden können. Aus den erarbeiteten Ergebnissen resultiert die Empfehlung einer Gerätekonfiguration zur Bestimmung der Verbundparameter unter mechanisch klar definierten Randbedingungen, und die Grundlagen für die zukünftige Nutzung geringtragfähiger bindiger Lockergesteine als vollwertige Füllböden in geokunststoffbewehrten Konstruktionen werden gelegt.

Basierend auf einer Analyse der spezifischen Merkmale der Drucksondierung (DS) und der radiometrischen Kombinationsdrucksondierung (KDS) sowie einer Dimensionsanalyse wurde ein Verfahren zur Aufstellung materialspezifischer Korrelationsbeziehungen zwischen den Messgrößen der Drucksondierung und den bei der KDS gewonnenen bodenphysikalischen Parametern Porenanteil, Dichte und Feinkornanteil entwickelt, wodurch die Effizienz von Drucksondierungen signifikant erhöht werden konnte. Es wird anhand geostatistischer Untersuchungen gezeigt, wie der für flächendeckende Untersuchungen erforderliche Mindestabstand zwischen Sondieransatzpunkten bestimmt werden kann. Möglichkeiten der Darstellung flächendeckender bzw. räumlicher Parameterverteilungen sowie statistische Tests zur Übertragbarkeit der Ergebnisse werden diskutiert. Abschließend wird die praktische Umsetzung der Ergebnisse am Beispiel von Standsicherheitsuntersuchungen für die Uferböschung eines Tagebaurestsees dargestellt.

Die Arbeit fängt mit einer Beschreibung des Zustands der Kohlenbergbauindustrie weltweit und des zukünftigen Bedarfes für Kohle an. Danach folgt eine allgemeine Beschreibung des Restrukturierungsprozesses des Kohlenbergbaus in Rumänien und eine vertiefende Untersuchung der Situation im Schiltal infolge des Umstrukturierungsprozesses. Die schwierige sozioökonomische Lage im Schiltal braucht konkrete Lösungen; das Potenzial der Region bietet die Möglichkeit für zukünftige Entwicklungen. Eine vollständige, umfangreiche Analyse und ein Entwicklungskonzept wurden durchgeführt bzw. entwickelt. Es werden sowohl die Entwicklung von alternativen Wirtschaftstätigkeiten, als auch die Modernisierung und Rentabilisierung des traditionellen Bergbaus begründet.