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 |