Entwicklung eines Python‐Skripts zur Festigkeitsreduktion mit numerischen Methoden. Issue 4 (12th September 2021)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Jürgens, Hauke; Henke, Sascha
• Is Part Of: Geotechnik. Volume 44:Issue 4(2021)
• Page Start: 248
• Page End: 259
• Publication Date: 2021-09-12
• Subjects: numerische Methoden -- Festigkeitsreduktion -- Parameterstudie -- Böschung -- Strukturelemente -- Scherparameter -- FEM -- Python; numerical methods -- strength reduction method -- parametric study -- slope -- structural elements -- shear parameters -- FEM -- Python; Böschungen -- Numerische Verfahren -- Berechnungsverfahren -- Boden‐Bauwerk Interaktion; Slopes -- Numerical methods -- Calculation methods -- Soil‐structure interaction; Soil mechanics -- Periodicals; Rock mechanics -- Periodicals; Engineering geology -- Periodicals; 624.15105
• DOI: 10.1002/gete.202100004
• Languages: English
• ISSNs: 0172-6145

Abstract

Abstract: Die Anwendung numerischer Methoden beschränkt sich in der Geotechnik derzeit zumeist auf die Prognose des Verformungsverhaltens von Bauwerken im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit. Der Grenzzustand der Tragfähigkeit wird unter Berücksichtigung numerischer Methoden, z. B. der Finite‐Elemente‐Methode bisher nur in Ansätzen (z. B. bei homogenen Böschungen und kombinierter Pfahl‐Plattengründung) behandelt. In dem vorliegenden Beitrag wird daher die Grundlage für die Anwendung einer ganzheitlichen Methode zur parallelen Festigkeitsreduktion an Strukturelementen und einer Abminderung der Scherparameter des Bodens diskutiert. In einer ersten Parameterstudie wird ein auf der Programmiersprache Python basierendes Skript zur Reduktion der Scherparameter des Bodens durch einen Abgleich mit anerkannten Methoden zur Berechnung der Standsicherheit von Böschungen verifiziert. Anschließend werden die Anwendungsmöglichkeiten des Python‐Skripts so erweitert, dass in einer zweiten Parameterstudie die Festigkeitsparameter von Strukturelementen innerhalb einer stabilitätsgefährdeten Böschung reduziert werden können. Auf Grundlage dessen erfolgt eine Beurteilung über den wahrscheinlichen ersten Versagensmechanismus (Boden‐ oder Strukturversagen). Zum Abschluss werden die Ergebnisse der beiden Parameterstudien unter Berücksichtigung einer numerischen Nachweisführung in einen kausalen Kontext gebracht und zukünftige Forschungsansätze diskutiert. Abstract: Development of a Python script for strength reduction with numerical methods The application of numerical methods in geotechnics until now is mostly limited to the prediction of the deformation behaviour of structures regarding the serviceability limit state. The ultimate limit state has so far been handled rudimentarily (e.g. for homogeneous slopes and piled raft foundations), using numerical methods, such as the finite element method. In the present paper, therefore, the basis for the application of a unified method for parallel strength reduction on structural elements and a reduction of the shear parameters of the soil is discussed. In a first parametric study, a script based on the Python programming language for reducing the shear parameters of the soil is verified by comparison with approved methods for calculating the overall stability of slopes. Subsequently, the application boundaries of the Python script are extended to reduce the strength parameters of structural elements within a slope at risk of stability in the framework of a second parametric study. Based on this, an assessment of probable first failure mechanism (soil or structural failure) is made. Finally, the results of the two parametric studies are put into a causal context, considering a numerical verification with discussion of future research approaches.