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Geostatistik in der Baugrundmodellierung

Die Bedeutung des Anwenders im Modellierungsprozess

Autor	Christian Gau
Verlag	Vieweg+Teubner (GWV)
Erscheinungsjahr	2010
Seitenanzahl	405 Seiten
ISBN	9783834897749
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	64,99 EUR

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.

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Inhaltsverzeichnis

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

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