Critical-State-Modelle

Die Critical-State-Modelle basieren auf dem Konzept eines kritischen Porenvolumenverhältnisses, bei dem eine unbegrenzte Scherverformung stattfinden kann, ohne dass sich die aktuelle mittlere Spannung oder das entsprechende Porenvolumenverhältnis (volumetrische Dehnung) verändert.

Diese Modelle sind besonders nützlich bei Aufgabenstellungen, bei denen die Setzungsprognose eine wichtige Rolle spielt. Sie erfassen zahlreiche Bodeneigenschaften, die mit vereinfachten Plastizitätsmodellen nur schwer abzubilden sind, darunter:

• Spannungsabhängige Steifigkeit
• Bodenverhalten in Abhängigkeit der Porosität
• Nichtlineares Verhalten innerhalb der Fließfläche
• Vorhersage von Dilatanz und Grenzzuständen ohne separate Definition eines Dilatanzwinkels
• Möglichkeit zur Definition einer Grenzfläche (state boundary surface) im Spannungs-Porositäts-Raum.

In der untenstehenden Abbildung bezeichnet:

• CSL die critical state line (Linie des kritischen Zustands

• NCL die normally consolidated line (Linie normal konsolidierter Böden) unter der Annahme von K₀ Konsolidierung (K₀ = K₀^NC, wobei K₀^NC der Erdruhedruckbeiwert eines normal konsolidierten Bodens ist) oder– isotroper Konsolidierung (K₀ = 1)
• e das Porenvolumenverhältnis
• σ_m die mittlere Spannung
• J das äquivalente Maß des Vektors der deviatorischen Spannungsanteile

Zur Klasse der Critical-State-Modelle zählen das Modified Cam-Clay-Modell, das Generalized Cam-Clay-Modell sowie das hypoplastische Tonmodell.Modelle, die auf der Plastizitätstheorie basieren, gehören ebenfalls zur Gruppe der elastoplastischen Materialmodelle mit Verfestigung und Erweichung.