Studie zum Einfluss der Eindringparameter von dreieckigen Dornschuhen auf die Schmierzonen im weichen Boden

Während der Installation von vorgefertigten vertikalen Drainagen (PVDs) in weichen Bodenfundamenten kann der durch das Eindringen des Dornschuhs verursachte Schmier-Effekt die Bodenstruktur erheblich schädigen und die Permeabilität reduzieren, was zu einem entscheidenden Faktor wird, der die Konsolidierungseffizienz des Fundaments einschränkt. Frühere Studien haben die durch die Geometrie des Dornschuhs verursachte Schmierstörung im Allgemeinen vernachlässigt. Obwohl bestehende Studien numerische und theoretische Analysen zum Schmier-Effekt im Zusammenhang mit der PVD-Installation durchgeführt haben, basieren die meisten auf äquivalenten kreisförmigen Vereinfachungen und sind daher nicht in der Lage, die anisotrope Störung durch einen dreieckigen Dornschuh zu charakterisieren. Um diese Einschränkung zu beheben, wurde ein dreidimensionales CEL-Eindringmodell unter Berücksichtigung der realen dreieckigen Geometrie etabliert und die traditionelle Kavitätserweiterungstheorie richtungsabhängig modifiziert. Die Auswirkungen von Eindringgeschwindigkeit, geometrischer Winkelstruktur und Bodentyp des dreieckigen Dornschuhs auf die Schmierzone wurden systematisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Eindringgeschwindigkeit sowohl der Nahfeld-Spitzenspannung als auch die Fernfeld-Verformung gleichzeitig zunehmen; von langsamer bis schneller Eindringgeschwindigkeit steigt die Nahfeld-Spitzenspannung um etwa 42 % an. Durch die quantitative Definition der kritischen Schwelle, die einer scharfen 50 %-igen Abschwächung der radialen Verschiebung entspricht, als Grenze der starken Schmierzone, wurde festgestellt, dass eine Vergrößerung der Dornschuhgröße den geometrischen Eckeffekt deutlich verstärkt und der Störungsbereich im Nahfeld im Vergleich zur kleinen Ausführung um etwa 21 % zunimmt. Je größer die Größe, desto ausgeprägter werden die anisotropen Störungsmerkmale: Die Spannungskonzentration und die Verschiebungsaufspaltung in Richtung der Spitze nehmen weiter zu, wodurch der Störungsbereich in dieser Richtung den in Seitenrichtung deutlich übersteigt. Bodenparameter sind die wichtigsten medienbestimmenden Größen für die Schmierzone. Aufgrund ihres relativ hohen Steifigkeitsindex und Skeletfestigkeit weist toniger Schluff den größten Verformungsbereich auf, während gewöhnlicher Ton aufgrund seiner stärkeren strukturellen Bindung die kleinste Schmierzone zeigt. Das modifizierte theoretische Modell stimmt gut mit den CEL-numerischen Simulationsergebnissen überein und bestätigt dessen Effektivität unter Berücksichtigung der geometrischen Eigenschaften des Dornschuhs. Diese Studie bietet eine theoretische Grundlage und numerische Unterstützung für den strukturellen Entwurf von Dornschuhen bei PVD-Bauten im Weichboden.