Soil Liquefaction around Offshore Pile Foundations - Scale Model Investigations

Kluge, Katharina

Die vorliegende Arbeit untersucht den Porenwasserdruck im Gründungsbereich zyklisch belasteter Offshore-Pfahlstrukturen, um erste Erkenntnisse über die Auftretenswahrscheinlichkeit von Bodenverflüssigung zu gewinnen. Mit Hilfe experimenteller und numerischer Untersuchungen wird die Abhängigkeit des Porenwasserdrucks von Strukturbewegung und Belastungsfrequenz analysiert. Im ersten Teil der Arbeit werden die Offshore-Strukturen der Windindustrie vorgestellt und das Phänomen der Bodenverflüssigung, deren Konsequenzen, das Kriterium für den Beginn der Verflüssigung sowie deren auslösende Faktoren diskutiert. Da die welleninduzierte Bewegung von Strukturen als auslösender Faktor bisher kaum untersucht wurde, fokussiert diese Arbeit auf die so genannte verschiebungsinduzierte Verflüssigung. Der zweite Teil der Arbeit besteht aus der Vorstellung und Analyse der im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten experimentellen Untersuchungen. Die Versuche stellen die ersten ihrer Art dar und werden als erster Schritt in Richtung des ambitionierten Ziels angesehen, das Risiko von Bodenverflüssigung bei Offshore-Pfahlstrukturen zu bewerten. Im Zentrum der Arbeit steht die eingehende Analyse der Messdaten, welche in ca. 40 Modellversuchen in vier Messebenen gewonnen wurden. Bodenverflüssigung wurde in den meisten Tests beobachtet. Es wird gezeigt, dass der Porenwasserdruck stark von Pfahlauslenkung und Belastungsfrequenz, aber auch von der Tiefe unter GOK und dem horizontalen Abstand zum Testpfahl abhängt. Der letzte Teil der Arbeit beinhaltet eine numerische Simulation des Modellversuchs mit dem Programm FLAC. Es wird gezeigt, dass die verschiebungsinduzierte Porenwasserdruckakkumulation simuliert werden kann und gut mit den Ergebnissen der Modellversuche übereinstimmt. Die Ergebnisse der Arbeit liefern wichtige Erkenntnisse über das Verhalten des Porenwasserdrucks im Bereich zyklisch belasteter Pfahlgründungen und zur Bewertung der Anfälligkeit des Bodens für Verflüssigung.

The present research work investigates the pore pressure in the soil around cyclically loaded offshore pile structures in order to gain first experience on the probability of occurrence of soil liquefaction. The influence of the deflection of the structure and its loading frequency on the pore pressure is analysed by means of experimental and numerical investigations. In the first part of the present work, offshore wind energy structures are presented and the phenomenon of soil liquefaction, its consequences, the criterion for the initiation of liquefaction and the inducing factors are discussed. Since the wave-induced movement of structures is only poorly examined until now, the research focuses on the sodefined deflection-induced liquefaction. The second part focuses on the description and analysis of the experimental test series carried out within this research. Those test series represent the first investigations of their kind and are regarded as first step towards the ambitious aim to assess the risk of soil liquefaction around offshore pile foundations. The central part of this work covers a detailed analysis of the measurement data obtained in approximately 40 test series at four measurement levels. Soil liquefaction is observed in most of the tests series. It is shown that the pore pressure strongly depends on the deflection of the structure and on the loading frequency, but also on the depth under ground surface and on the horizontal distance from the test pile. The last part of the thesis covers the numerical simulation of the test series with the finite-difference program FLAC. It is shown that the deflection-induced pore pressure accumulation can be simulated and that it is in good agreement with the results of the test series. The results of this research work supply important information on the behaviour of pore pressure near cyclically loaded pile structures and provide a sound basis for the estimation of the susceptibility of the soil to liquefaction.

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Kluge, Katharina: Soil Liquefaction around Offshore Pile Foundations - Scale Model Investigations. 2007.

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