Geostatistik in der Baugrundmodellierung (eBook)

Die Bedeutung des Anwenders im Modellierungsprozess

Christian Gau (Autor)

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2010 | 2011
XV, 405 Seiten
Vieweg & Teubner (Verlag)
978-3-8348-9774-9 (ISBN)

Infos

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.

Inhalt

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

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 1.11.2010
• Zusatzinfo: XV, 405 S. 125 Abb.
• Verlagsort: Wiesbaden
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Mathematik / Informatik ► Informatik
• Themenwelt: Mathematik / Informatik ► Mathematik ► Wahrscheinlichkeit / Kombinatorik
• Themenwelt: Naturwissenschaften
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• Schlagworte: Anwendereinfluss • Baugrundmodellierung • Geowissenschaften • Modellbewertung • Untergrundmodellierung
• ISBN-10: 3-8348-9774-4 / 3834897744
• ISBN-13: 978-3-8348-9774-9 / 9783834897749