Rate- and Time-Dependent Mechanical Behavior of Foam-Grouted Coarse-Grained Soils

Abstract

This paper experimentally investigates the mechanical properties of foam-injected gravel by means of uniaxial compression tests and uniaxial creep tests. Bonding of noncohesive soils by foam injection is a novel soil improvement method that can be applied for the stabilization of cohesionless soils at the tunnel face and behind soldier pile walls. Limited data on the mechanical behavior of foam-injected soils is available in the literature. A method for the preparation of homogeneous and reproducible test specimens was developed. The testing program included the variation of the factors that influence the mechanical behavior (e.g., initial soil density, grain size, strain rate, curing time, and stress level). Similar to cemented soils, the foam-injected soils show an elastoplastic stress-strain response and softening beyond the peak. The mechanical behavior is time-, stress-and rate dependent. The strength and stiffness can be described by the porosity-binder concept considering the influence of strain rate, soil density, and foam content.

Bruchbedingungen für schauminjizierte Kiese unter mehraxialer Beanspruchung

“…Die axiale Steifigkeit (E‐Modul) zwischen ε 1 = 0 und ε 1 = 0,025 beträgt etwa 15 MPa. Das mechanische Verhalten von Schäumen wird in [6, 8–11] detailliert beschrieben.…”

“…10 Sekunden) konnte sichergestellt werden, dass die Injektion bereits vor Ende der Startzeit vom Schaum abgeschlossen war. Die Reproduzierbarkeit der Probekörperherstellung wird in [6] erläutert und validiert.…”

“…Die Versuche erfolgten vorschubgesteuert mit einer axialen Dehnungsrate von Die volumetrischen Verformungen wurden mithilfe von drei lokalen Umfangsmesssensoren (LVDTs), die an den Viertelspunkten der Probekörperhöhe angebracht wurden, ermittelt. Das Prinzip und der Aufbau der Umfangsmesseinrichtung wird in [6] detailliert beschrieben. In Bild 5a sind die Spannungs‐Dehnungs‐Beziehungen der Triaxialversuche dargestellt.…”

“…In kiesigen Böden können Schaumfaktoren zwischen 1,5 und 3 erreicht werden. Dabei werden beispielsweise die Injektionsdauer und der Materialverbrauch bei einem Schaumfaktor von 2 im Vergleich zu herkömmlichen Bindemitteln in etwa halbiert. Die Ausgangskomponenten von schäumenden Injektionsmitteln und die zugehörige Baustelleneinrichtung erfordern nur wenig Platzbedarf, was insbesondere unter räumlich beengten Verhältnissen im Tunnelbau vorteilhaft ist [6]…”

“…Das mechanische Verhalten von schauminjizierten Böden wurde bisher vorwiegend anhand von einaxialen Druckversuchen untersucht [6, 7]. Die Untersuchungen von Jessen und Cudmani (2022) veranschaulichen das zeit‐ und ratenabhängige Materialverhalten von schauminjizierten Böden unter einaxialer Druckbeanspruchung.…”