Ivo Herle
@tu-dresden.de
Institute of Geotechnical Engineering, Faculty of Civil Engineering
Technische Universität Dresden
RESEARCH INTERESTS
soil mechanics, geotechnical engineering, constitutive modelling of soils, experimental geomechanics, soil liquefaction
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Božana Baćić and Ivo Herle
Springer Science and Business Media LLC
AbstractWhen specimens of different sands are produced using the same preparation method and sheared under the same conditions (consolidation stress, loading, etc.), while simultaneously keeping the drainage closed, the resulting tendencies of these sands regarding the PWP build-up will be different. This research paper presents a simplified cyclic shear test, which is used to evaluate the accumulation of PWP in sands under defined specimen preparation procedure and testing conditions. In the proposed experiment, a comparison of different sands with this respect is easily achieved. The principle of this experimental method is based on the evolution of the PWP during cyclic shearing of a water-saturated sand sample. Undrained conditions during the experiment allow for the evolution of the PWP, which is quantified by the rate of the PWP build-up. The duration of a single cyclic shear test, including specimen preparation, is approximately 30 min. The evaluation of the rate of the PWP build-up for different densities resulted in an exponential dependence of the PWP build-up on the variation of the relative density. The results confirmed a higher generation of PWP in a fine sand compared to a coarse sand. A comparison with the results of undrained cyclic triaxial tests in the case of eight different sands demonstrated a good agreement between both experimental methods. The basis for the comparison was the density-dependent evolution of PWP in these methods. The presented method delivers a value (index) that quantifies the PWP build-up in sands under the defined testing conditions.
Bozana Bacic and Ivo Herle
Wiley
AbstractDer Aufbau des Porenwasserdrucks (PWD) während einer Scherbeanspruchung bei behinderter Drainage findet besonders ausgeprägt in lockeren, gesättigten, grobkörnigen Böden statt und führt zur Verringerung der effektiven Spannungen und der Bodensteifigkeit. Unter Berücksichtigung einer vergleichbaren Bodenstruktur (Korngerüst) und unter gleichen Versuchsbedingungen (Spannungsniveau, Wegamplitude usw.) wird das Verhalten verschiedener Böden bei einer gleichen äußeren Belastung unterschiedlich sein. Hierzu wird ein vereinfachter zyklischer Scherversuch (PWD‐Tester) vorgestellt, der einen Vergleich der Neigung zum Aufbau des PWDs gegenüber der Variation von Anfangsdichten für verschiedene Sande ermöglicht. Der Versuch setzt sich aus einem Probeneinbau, einer Konsolidation und einer anschließenden zyklischen Scherung der Probe bei undrainierten Bedingungen innerhalb kurzer Zeit (ca. 30 Minuten) zusammen. Das Ziel dieses Verfahrens ist es, jedem getesteten Sand einen Indexwert zuzuordnen und somit die Neigung verschiedener Sande zum PWD‐Aufbau bis zur Bodenverflüssigung unter behinderter Drainage in Abhängigkeit der Einbaudichte zu quantifizieren.
Johannes Welsch and Ivo Herle
Wiley
Selma Schmidt, Max Wiebicke, and Ivo Herle
Springer Science and Business Media LLC
Abstract The soil response in triaxial compression tests, that are commonly treated as element tests, is known to be inhomogeneous. Several studies have revealed the localisation of deformation throughout the whole specimen by digital image correlation techniques on X-ray tomographies. The fabric of a soil specimen has so far only been studied on complete specimens as a bulk measurement or in chosen subsets. In this contribution, we present a study on the spatial and temporal distribution of the fabric throughout one Hostun sand sample in triaxial compression. Therefore, we calibrated the minimum representative element size first for three chosen fabric variables considering three different criteria. By distributing the elements in a regular grid over the specimen, we are able to clearly identify the onset of the localisation in terms of void ratio, coordination number and contact fabric anisotropy. Spatially and temporally the contact fabric variables precede the void ratio changes as they are much more sensitive to small changes. Graphical Abstract
Kornelia Nitzsche and Ivo Herle
Wiley
Der Gleichgewichtszustand einer Böschung wird oftmals mithilfe von Grenzgleichgewichtsmethoden berechnet. Dabei wird vernachlässigt, dass bis zum Erreichen des Scherwiderstands eine Verschiebung in der Scherzone stattfinden muss. Die Scherspannungsentwicklung hängt u. a. vom Lagerungszustand und den hydraulischen Bedingungen ab. Folglich ist die Mobilisierung des Scherwiderstands in der Scherzone nicht homogen, was zu einer Überschätzung der Böschungsstandsicherheit führen kann. In diesem Bericht wird ein Berechnungsverfahren vorgestellt, das die Entwicklung der Standsicherheit in Abhängigkeit von der Scherdehnung in der Scherzone koppelt. Zur Veranschaulichung werden zwei einfache Beispiele für eine Böschung mit ebener Gleitfläche gezeigt.
Max Wiebicke, Ivo Herle, Edward Andò, and Gioacchino Viggiani
Wiley
The behaviour of granular materials, such as sands, is controlled by the interaction of particles. This interaction can be described geometrically by orientations and statically by forces. Using x‐ray μ‐tomography and image analysis, it is possible to determine the geometrical fabric at the grain‐scale, whereas the forces still remain inaccessible in natural granular materials. This article shows how the fabric can be accessed using standard and recently proposed advanced image analysis techniques and elaborates which problems arise when describing the fabric quantitatively. These techniques were applied to a triaxial compression test on Hostun sand. The results are described in terms of a fabric tensor, a coordination number and an anisotropy and then related to the macroscopic behaviour of the sample.
Kornelia Nitzsche and Ivo Herle
Springer International Publishing
Jamal Hleibieh and Ivo Herle
Springer Science and Business Media LLC
Kornelia Nitzsche and Ivo Herle
Springer Science and Business Media LLC
AbstractThe state of equilibrium of a slope is usually interpreted and expressed by safety factors based on calculations with limit equilibrium methods. Different stress states, failure modes and hydraulic conditions in sections along a slip surface affect the development of shear stresses during slope movement. Moreover, a post-peak softening of the shear strength can have a pronounced impact. As a consequence of the latter effect, the mobilization of the shear resistance along the slip surface is non-uniform and the safety of the slope can be overestimated or underestimated. In the presented paper, an algorithm is proposed to capture the strain-dependent slope stability. The approach is illustrated by means of a calculation example for a slope with a planar slip surface where a block sliding is assumed.
Georg Lichtblau, Nico Wiegel, Ivo Herle, and Götz Tintelnot
Wiley
Baugrundverfestigungen zur Erhöhung der Tragfähigkeit werden häufig mithilfe von Zementsuspensionen realisiert. Eine Alternative hierzu können polymermodifizierte Verfestigungskörper sein. Sie härten schneller aus als herkömmliche zementbasierte Mischungen. Zudem besitzen sie eine höhere Duktilität. Über die Variation der einzelnen Komponenten lassen sich die Eigenschaften gezielt in viele Richtungen steuern. Die erreichbaren Eigenschaften hängen allerdings teilweise stark von Baugrundbedingungen und Bodenzustand ab. Hierzu wurden weitreichende Untersuchungen an einem Boden‐Kunststoffgemisch sowie einem Boden‐Zement‐Kunststoffgemisch durchgeführt. In Laborversuchen wurde insbesondere die Entwicklung der Druckfestigkeit in Abhängigkeit von der Aushärtezeit und dem Umgebungswassergehalt untersucht. Des Weiteren wurde das volumetrische Verhalten während der Erhärtungsreaktion analysiert. Es hat sich gezeigt, dass der Einsatz von Polymeren einen signifikant positiven Effekt auf die Aushärtegeschwindigkeit und, in Verbindung mit Zement, auf die Festigkeitserhöhung im Vergleich mit Zementsuspensionen hat. Insbesondere die sehr hohe Frühfestigkeit bietet einen Vorteil für bautechnische Zwecke, um bspw. im Havariefall schnell und effektiv in den Baugrund eingreifen zu können.
Christian Karcher, Silvia Imposimato, and Ivo Herle
Wiley
Üblicherweise werden in der Praxis hydraulische Sicherheiten für vordefinierte Versagensmechanismen und ohne Berücksichtigung einer bodenmechanischen Vorgeschichte berechnet. Die mathematische Analyse der durch Strömung reduzierten effektiven Spannungen, verbunden mit lokalen hydraulischen Sicherheiten, lässt Schlussfolgerungen auf den Gesamt‐ und örtlichen Zustand im Untersuchungsgebiet vergleichsweise einfach zu. Dazu werden unter Zuhilfenahme der Finite‐Elemente‐(FE)Methode Porenwasserdruckverteilungen und Effektivspannungen bewertet. Bei FE‐Programmen, die Berechnungen mit Porenwasserdrücken anbieten, genügen für diese Analyse Anpassungen im Post‐Processing.
Ivo Herle, X. S. Shi, and Christian Karcher
Springer International Publishing
Max Wiebicke, Edward Andò, Gioacchino Viggiani, and Ivo Herle
Springer Science and Business Media LLC
Max Wiebicke, Edward Andò, Václav Šmilauer, Ivo Herle, and Gioacchino Viggiani
Springer Science and Business Media LLC
Jamal Hleibieh and Ivo Herle
Elsevier BV
Bozana Bacic and Ivo Herle
EDP Sciences
Time-consuming and complicated investigations of soil liquefaction in cyclic triaxial tests are the most common way of laboratory analysis of this phenomenon. Moreover, the necessary equipment for the performance of cyclic triaxial tests is very expensive. Much simpler method for laboratory testing of the soil liquefaction has been developed at the Institute of Geotechnical Engineering at the TU Dresden. This method takes into account the pore water pressure build-up during cyclic shearing within a short time period. During the test, the soil sample is subjected to horizontal cyclic loading and the generated pore water pressure is measured. In the first series of these experiments, a dependence of the pore water pressure buildup on the initial density of soil could be observed, as expected. When comparing different soils, it is shown that the tendency to liquefaction depends also on the granulometric properties (e.g. grain size distribution) of the soil. The aim of the further development is to establish a simple identification test for laboratory testing of the soil liquefaction.
Max Wiebicke, Edward Andò, Ivo Herle, and Gioacchino Viggiani
EDP Sciences
The behaviour of granular materials upon load reversal is not yet fully understood. In order to experimentally reveal the microstructure of a specimen subjected to load-unload cycles, a triaxial compression test on lentils is carried out in the x-ray scanner. Before analysing the acquired tomographies, a benchmark analysis is conducted to validate the image analysis tools that are used to extract the fabric from these images. The contact fabric evolves strongly with the shearing in the experiment on lentils. However, only very slight changes of the anisotropy within the cycles are observed.
Jamal Hleibieh and Ivo Herle
Wiley
Die Stabilität von Böschungen kann durch Erdbebeneinwirkungen stark beeinträchtigt werden. Obwohl das Böschungsverhalten unter Erdbeben sehr komplex ist, gehen die meisten Methoden in der Praxis von einer pseudostatischen Situation aus, bei der die dynamische Erdbebenwirkung durch eine zusätzliche statische Kraft ersetzt wird. In diesem Beitrag wird durch Nachrechnung eines Zentrifugenversuchs überprüft, inwieweit die pseudostatische Analyse das Versagen durch Unterschreiten des Grenzgleichgewichts abbilden kann. Anschließend wird das Potenzial der hypoplastischen Modelle durch eine dynamische Nachrechnung des Zentrifugenversuchs mit der Finite‐Elemente‐Methode (FEM) gezeigt. Weiterhin werden die mit der Hypoplastizität berechneten Ergebnisse dafür verwendet, eine Rückanalyse für die pseudostatische Methode durchzuführen. Damit lassen sich die Defizite dieser Methode veranschaulichen. Eine mögliche Kombination aus dynamischen FEM‐Berechnungen und der pseudostatischen Analyse zur Ermittlung eines realitätsnäheren Standsicherheitsfaktors wird diskutiert. Hierfür werden weitere dynamische Berechnungen mit einem elastoplastischen Stoffmodell durchgeführt.
X. S. Shi, I. Herle, and Jianhua Yin
American Society of Civil Engineers (ASCE)
AbstractLandfills consisting of waste natural lumpy soils from open-pit mining are being deposited. The shear strength of excavated lumpy soils is important for designing the landfills. To this end...
X. S. Shi, I. Herle, and D. Muir Wood
Thomas Telford Ltd.
In open-pit coal mining, the excavated clayey cover is dumped without any compaction to form a landfill with a relatively open structure. In this type of material, water flowing through the landfills prefers the inter-lump voids, which have a permeability significantly higher than the clay lumps. With increasing time, the lumps in the upper layer may be partially transformed into a reconstituted soil, occupying the inter-lump voids with consequent decrease in permeability of the landfill. In the study presented here, a consolidation model is proposed based on the double porosity concept and the homogenisation theory. The analysis follows these steps: step 1, a representative volume of lumpy composite soils is divided into four parts and the governing differential equations are formulated based on conservation of mass; step 2, the inter-lump porosity for the lumpy composite structure is formulated as a function of the overall porosity and the porosity of its constituents; step 3, to account for stress (strain) concentrations within the lumpy composite material, a homogenisation relation is used based on analysis of the soil structure; step 4, the hydraulic conductivities of the inter-lump material (lumps) and intra-lump material (reconstituted soil) are approximated by the same set of parameters; step 5, for the lumpy soil, a new relationship between the strains and the absolute velocities of the solid skeleton is proposed, which eliminates the influence of the rigid displacement of the lumps. The model simulations are compared with experimental data, indicating that the proposed model can well represent the consolidation curves of the lumpy composite soil observed in the laboratory.
Max Wiebicke, Václav Šmilauer, Ivo Herle, Edward Andò, and Gioacchino Viggiani
Springer International Publishing
Erik Schwiteilo and Ivo Herle
Springer International Publishing
Max Wiebicke, Edward Andò, Ivo Herle, and Gioacchino Viggiani
IOP Publishing
In the mechanics of granular materials, interparticle contacts play a major role. These have been historically difficult to study experimentally, but the advent of x-ray microtomography allows the identification of all the thousands of individual particles needed for representative mechanical testing. This paper studies the metrology of detecting interparticle contacts and measuring their orientation from such images. Using synthetic images of spheres and high-resolution tomographies of two very different granular materials (spherical and very angular) as ground truths, we find that these measurements are far from trivial. For example, if a physically correct threshold is used to separate particles from pores there is a systematic over-detection of contacts. We propose a method of improvement that is effective for non-angular particles. When contact orientations are measured from the pixels that make up the contact area, standard watershed approaches make significant systematic errors. We confirm and build upon previous results showing the improvement in orientation measurement using a refined notion of particle separation. Building on this solid basis, future work should focus on a link between contact topology and measurement error, as well as evaluating the use of local surface normals for orientation measurement.