Gau Geostatistik in der Baugrundmodellierung

Die Bedeutung des Anwenders im Modellierungsprozess
2011
ISBN: 978-3-8348-9774-9
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 405 Seiten, eBook

Christian Gau zeigt Einsatzmöglichkeiten und -grenzen geostatistischer Methoden in der Baugrundmodellierung auf, definiert Anforderungen an Baugrundmodelle und untersucht ihre Erfüllbarkeit durch Anwendung geostatistischer Verfahren sowie die Bewertbarkeit geostatistischer Modelle.

Dr.-Ing. Christian Gau promovierte am Fachgebiet Ingenieurgeologie der Technischen Universität Berlin. Er ist heute als Projektleiter in einem Berliner Ingenieurbüro tätig.

Zielgruppe

Research

Autoren/Hrsg.

Gau, Christian

Inhaltsverzeichnis

1;Danksagung;7
2;Kurzfassung;8
3;Inhaltsverzeichnis;10
4;Kapitel 1 Einführung;15
4.1;1.1 Problemstellung;15
4.2;1.2 Zielsetzung und Fragestellungen;16
4.3;1.3 Abgrenzung des Untersuchungsgegenstandes;17
4.4;1.4 Aufbau und Struktur der Arbeit;17
5;Kapitel 2 Geologie des Arbeitsgebietes Berlin;20
5.1;2.1 Überblick;20
5.2;2.2 Strukturelle Einordnung – Geomorphologie;21
5.3;2.3 Geologische Einheiten;23
5.3.1;2.3.1 Übersicht;23
5.3.2;2.3.2 Quartär;24
5.3.2.1;2.3.2.1 Pleistozän;24
5.3.2.1.1;2.3.2.1.1 Elster;24
5.3.2.1.2;2.3.2.1.2 Holstein;24
5.3.2.1.3;2.3.2.1.3 Saale;25
5.3.2.1.4;2.3.2.1.4 Eem;25
5.3.2.1.5;2.3.2.1.5 Weichsel;26
5.3.2.2;2.3.2.2 Holozän;26
5.4;2.4 Geologie des zentralen Bereiches von Berlin;26
5.5;2.5 Fazit;30
6;Kapitel 3 Terminologie und Grundlagen der Geostatistik;31
6.1;3.1 Überblick;31
6.2;3.2 Theorie der regionalisierten Variablen;32
6.3;3.3 Die Hypothesen der Stationarität und Ergodizität;33
6.3.1;3.3.1 Stationarität;33
6.3.1.1;3.3.1.1 Strenge Stationarität;33
6.3.1.2;3.3.1.2 Stationarität zweiter Ordnung;34
6.3.1.3;3.3.1.3 Intrinsische Hypothese;35
6.3.2;3.3.2 Ergodizität;36
6.4;3.4 Ziele und Methoden geostatistischer Verfahren;37
6.5;3.5 Geostatistische Schätzverfahren;39
6.5.1;3.5.1 Ablauf einer geostatistischen Schätzung;39
6.5.2;3.5.2 Experimentelle Variographie;40
6.5.3;3.5.3 Theoretische Variographie;42
6.5.4;3.5.4 Ordinary Kriging;45
6.5.5;3.5.5 Weitere Kriging-Verfahren;49
6.5.6;3.5.6 Beispiel 1: Schätzung aus drei Punktwerten;49
6.5.7;3.5.7 Beispiel 2: Schätzung von Oberflächen und deren Stapelung;53
6.6;3.6 Kenntnisstand;54
6.6.1;3.6.1 Anwendung geostatistischer Methoden;54
6.6.2;3.6.2 Baugrundmodellierung mittels geostatistischer Methoden;56
6.6.3;3.6.3 Einfluss des Benutzers bei der geostatistischen Modellierung;58
6.7;3.7 Fazit;59
7;Kapitel 4 Theoretische Aspekte von geostatistischer Schätzung und baugeologischer Modellierung;62
7.1;4.1 Überblick;62
7.2;4.2 Stochastische und deterministische Prozesse;63
7.3;4.3 Charakteristika geologischer Prozesse;66
7.4;4.4 Bedeutung der Stationaritätshypothese;71
7.5;4.5 Modellierung und Modellbegriff;75
7.5.1;4.5.1 Modellierungsansätze;75
7.5.2;4.5.2 Erkundung und Modellierung natürlicher Systeme als Erkenntnisprozess;77
7.5.3;4.5.3 Prinzipien geowissenschaftlicher Modellierung;79
7.5.4;4.5.4 Ziele der Modellierung und Verwendung des Modells;81
7.5.5;4.5.5 Modellbegriff und -bedeutung in den Geowissenschaften;83
7.5.6;4.5.6 Modellbegriff und -bedeutung in der Geostatistik;85
7.6;4.6 Unsicherheiten in der geologischen Modellbildung;87
7.6.1;4.6.1 Klassifikation der Unsicherheiten;87
7.6.2;4.6.2 Die Erfassbarkeit der natürlichen Variabilität;90
7.7;4.7 Modellkomplexität und Einfluss des Anwenders;90
7.8;4.8 Fazit;94
8;Kapitel 5 Der Einsatz der Geostatistik in der Baugrundmodellierung;96
8.1;5.1 Überblick;96
8.2;5.2 Eigenschaften ingenieurgeologischer Datensätze;97
8.2.1;5.2.1 Die Notwendigkeit des Benutzers als steuernder Teil des Modellierungsprozesses;97
8.2.2;5.2.2 Das Problem der gemischten Populationen;100
8.2.3;5.2.3 Die eingeschränkte Repräsentanz der Stichprobe;102
8.2.4;5.2.4 Die Rangfolgenproblematik geologischer Modelle;109
8.3;5.3 Baugrundmodellierung;111
8.3.1;5.3.1 Ziel und Ablauf einer Baugrundmodellierung;111
8.3.2;5.3.2 Die Bedeutung der Visualisierung von Modellen;113
8.3.3;5.3.3 Modelltypen und Einsatz geostatistischer Methodik;115
8.3.4;5.3.4 Das Konzept der iterativen Modellierung;120
8.4;5.4 Einsatzmöglichkeiten und Grenzen einzusetzender Geostatistik-Software;127
8.4.1;5.4.1 Einsatz und Nutzen von Modellierungssystemen;127
8.4.2;5.4.2 Anwendung und Aufgaben geostatistischer Programmsysteme;129
8.4.3;5.4.3 Charakteristika geostatistischer Modelle;133
8.5;5.5 Fazit;139
9;Kapitel 6 Anforderungen an baugeologische Modelle und deren Erfüllbarkeit mittels geostatistischer Verfahren;141
9.1;6.1 Überblick;141
9.2;6.2 Hauptgütekriterien naturwissenschaftlicher Modelle;142
9.3;6.3 Geostatistik als Mittel zur Gewährleistung der Intersubjektivität;145
9.4;6.4 Nebengütekriterien;151
9.4.1;6.4.1 Die Problemadäquatheit des Modells;151
9.4.2;6.4.2 Nutzen und Nutzer von Baugrundmodellen;154
9.4.3;6.4.3 Die Berücksichtigung geologischen Vorwissens;156
9.5;6.5 Geologische Anforderungen an das Modell;158
9.5.1;6.5.1 Die Modellierung von Fehlstellen;158
9.5.2;6.5.2 Die Gewährleistung der Überschneidungsfreiheit;160
9.5.3;6.5.3 Darstellung quartärer Strukturelemente;165
9.6;6.6 Fazit;168
10;Kapitel 7 Bewertung und Bewertbarkeit geostatistischer baugeologischer Modelle;170
10.1;7.1 Überblick;170
10.2;7.2 Die Bewertbarkeit geologischer Modelle;171
10.3;7.3 Die Bewertung geostatistischer Modelle;174
10.4;7.4 Die Anwendung der Kriging-Varianz zur Modellbewertung;178
10.4.1;7.4.1 Ablauf der Berechnung;178
10.4.2;7.4.2 Die Anwendbarkeit der Kriging-Varianzen zur Modellbewertung;179
10.4.3;7.4.3 Eignung und Nutzbarkeit der Kriging-Varianzen;182
10.5;7.5 Die Anwendung der Kreuzvalidierung zur Modellbewertung;183
10.5.1;7.5.1 Ablauf und berechnete Parameter;183
10.5.2;7.5.2 Anspruch und Wirklichkeit;191
10.5.3;7.5.3 Eignung und Nutzbarkeit der Kreuzvalidierung;194
10.5.3.1;7.5.3.1 Die Anwendung der Kreuzvalidierung zur Ermittlung von Fehlstellen;194
10.5.3.2;7.5.3.2 Die Eignung der Kreuzvalidierung zur Homogenbereichsabgrenzung;196
10.5.3.3;7.5.3.3 Der Nutzen des Variogramms der Schätzfehler;199
10.6;7.6 Alternative Methoden der Modellbewertung – Eignung und Anwendbarkeit;201
10.7;7.7 Die Bewertung geostatistischer Modelle des zentralen Bereiches von Berlin;203
10.7.1;7.7.1 Vorgehensweise;203
10.7.2;7.7.2 Untersuchung der einzelnen geotechnischen Einheiten;204
10.7.2.1;7.7.2.1 Schluff-/Tonfolge (U1);204
10.7.2.2;7.7.2.2 Geschiebemergel (Mg1);207
10.7.2.3;7.7.2.3 Obere Sandfolge (S1);211
10.7.2.4;7.7.2.4 Holozäne Folge (H);215
10.7.2.5;7.7.2.5 Holozäne Sande (S0);219
10.7.3;7.7.3 Bewertung der vorliegenden Modelle;222
10.7.4;7.7.4 Bewertbarkeit der Modelle;222
10.8;7.8 Fazit;223
11;Kapitel 8 Der Einfluss des Anwenders im geostatistischen Modellierungsprozess;225
11.1;8.1 Überblick;225
11.2;8.2 Der prozesseigene Wirkungsbereich;226
11.2.1;8.2.1 Möglichkeiten der Definition;226
11.2.2;8.2.2 Definition eines Wirkbereiches am Beispiel der Mg1-Folge;230
11.2.3;8.2.3 Wertung;237
11.3;8.3 Die Abgrenzung von Homogenbereichen;239
11.3.1;8.3.1 Definition des Begriffes und Ziele der Verfahren;239
11.3.2;8.3.2 Diskussion der Einsetzbarkeit verschiedener Verfahren;243
11.3.3;8.3.3 Möglichkeiten einer Kombination mit Verfahren der Geostatistik;246
11.3.4;8.3.4 Homogenbereichsabgrenzung an Schichtmächtigkeiten der H-Folge;249
11.3.5;8.3.5 Wertung;257
11.4;8.4 Geostatistische Schätzung;258
11.4.1;8.4.1 Variographie;258
11.4.1.1;8.4.1.1 Schrittweite, Winkelschrittweite und Toleranzkriterien;258
11.4.1.1.1;8.4.1.1.1 Grundlagen;258
11.4.1.1.2;8.4.1.1.2 Parameterstudie Toleranzkriterien (isotroper Fall – S1-Folge);262
11.4.1.1.3;8.4.1.1.3 Parameterstudie Toleranzkriterien (anisotroper Fall – U1-Folge);268
11.4.1.2;8.4.1.2 Die Bedeutung der Variogrammfunktion und ihrer Parameter;276
11.4.1.3;8.4.1.3 Die Auswahl der Variogrammfunktion;281
11.4.1.4;8.4.1.4 Einsatz einer automatischen Variogrammanpassung;283
11.4.1.5;8.4.1.5 Einfluss geänderter Variogrammparameter auf das Modellergebnis;296
11.4.2;8.4.2 Kriging;302
11.4.2.1;8.4.2.1 Auswahl des Schätzverfahrens;302
11.4.2.2;8.4.2.2 Suchbereich der Schätzung;305
11.5;8.5 Fazit;315
12;Kapitel 9 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen;319
12.1;9.1 Zusammenstellung der verwendeten Methoden;319
12.2;9.2 Zusammenfassung der Ergebnisse;320
12.3;9.3 Ergebnisse der Kapitel und Erkenntnisgewinn;321
12.4;9.4 Einordnung der Arbeit;327
12.5;9.5 Empfehlungen für die Praxis;328
12.6;9.6 Empfehlungen für weitere Untersuchungen;330
12.7;9.7 Ausblick;331
13;Literaturverzeichnis;333
14;Abbildungsverzeichnis;386
15;Tabellenverzeichnis;395
16;Verzeichnis der Abkürzungen und Symbole;396
17;Anhang;399
17.1;Anhang A Zusammenstellung der verwendeten Aufschlüsse;399
17.2;Anhang B Bearbeitungsschema im Rahmen der praktischen Untersuchungen;400
17.3;Anhang C Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse „U1-Folge“ aus Abs. 8.4.1.1.3;401

Über Autor(innen)

Dr.-Ing. Christian Gau promovierte am Fachgebiet Ingenieurgeologie der Technischen Universität Berlin. Er ist heute als Projektleiter in einem Berliner Ingenieurbüro tätig.