TY - THES A1 - Wuttke, Frank T1 - Beitrag zur Standortidentifizierung mit Oberflächenwellen T1 - Site identification using surface waves N2 - In der Dissertation wurden unterschiedliche Methoden zur Standortidentifizierung mit Oberflächenwellen analysiert. Es wurden neue Methoden zur Parameteridentifikation unter Nutzung von Oberflächenwellen vorgeschlagen. Die Ziele der Arbeit können wie folgt definiert werden: a) Die Entwicklung eines geeigneten theoretischen Modells als Grundlage zur Untersuchung des Standortes hinsichtlich vorhandener Bodensteifigkeiten. b) Die Entwicklung einer neuen Inversionsmethodik unter Berücksichtigung aller auftretenden Moden im Oberflächenwellenfeld. Die Erstellung eines Modells des vertikal heterogenen Untergrundes erfolgte im Frequenz-bereichs für beliebig geschichtete Böden, aufbereitet durch weitestgehend analytische Formulierungen. Durch Nutzung beliebiger horizontaler, elastisch-isotroper Schichten konnte die vertikale Heterogenität approximiert werden. Die Definition der Green'schen Funktionen wurde in Form der Reflexions- und Transmissionskoeffizienten durchgeführt. Die Lösung des formulierten Halbraumproblems erfolgte unter Verwendung der Konturintegration. Dazu wurde die Vorgehensweise der bestehenden Lösung des homogenen Halbraums auf das Problem des geschichteten Mediums übertragen. Die daraus sich ergebende Lösung ist in ein Körperwellen- und ein Oberflächenwellenfeld separiert. Der Vorteil dieser analytischen Betrachtungsweise liegt in der eindeutigen Zuordnungsmöglichkeit der erhaltenen Lösungen zu Wellentypen und in der klaren Dispersionscharakteristik der berechneten Modelle. Im Gegensatz dazu liefern numerische Lösungen, wie FEM, immer ein Wellenfeld, in dem die Wellentypen zugeordnet bzw. interpretiert werden müssen. Mit Hilfe der synthetischen Bodenmodellierung wird das Verhalten von geschichteten Böden bei durchlaufenden Oberflächenwellenfeldern simuliert und untersucht. Für die Untersuchung der Profile wurde hauptsächlich die Modale Superposition von Oberflächenwellen und die Wellenzahl-Integration verwendet. Bei der Analyse von Oberflächenwellenfeldern in vorhandenen Medien sind abweichend von den üblichen seismischen Methoden spezielle Untersuchungsmethoden zur Ermittlung der vorhandenen Dispersion notwendig. Zur Durchführung der Dispersionsanalyse wird in geotechnischen Untersuchungen in der Regel das Phasen-Differenzen-Verfahren (SASW) genutzt. Aufgrund der beschränkten Aussagefähigkeit dieses Verfahrens zu auftretenden höheren Moden werden verbesserte Analysemethoden zur experimentellen Auswertung hinzugezogen. Diese Methoden nutzen zur Informationsgewinnung das räumlich ausgedehnte Wellenfeld. Ausgehend von dem Dispersionsverhalten kann die Bodenstruktur mittels inverser Methoden bestimmt werden. Für die gemeinsame Inversion der in den Messungen vorhandenen Moden wurde ein entsprechendes Inversionsverfahren abgeleitet. Als Grundlage der Inversion wurde ein Verfahren des kleinsten Fehlerquadrates gewählt. Der Vorteil hinsichtlich einer effizienten und stabilen Inversion unter Nutzung dieser Methodik überwiegt den Nachteil der lokalen Suche nach dem Fehlerminimum. Zum Erreichen der stabilen und zielgerichteten Inversion wird der Levenberg-Marquardt Algorithmus, zusammen mit der Wichtung der Dispersionsäste entsprechend ihres Anregungsverhaltens in den Dispersionsspektren, eingesetzt. Von Vorteil hat sich innerhalb der Arbeit die gleichzeitige Behandlung von theoretischen und experimentellen Parameterstudien erwiesen, da sich Ergebnisse und Erkenntnisse beider Seiten ergänzten. Eine Interpretation von Felddaten kann damit weitaus sicherer durchgeführt werden. Zusätzlich konnten die erarbeiteten experimentellen und theoretischen Verfahren gegenseitig überprüft werden. N2 - In this thesis various available methods for the site identification with surface waves were analyzed. Some new methods are proposed for the site identification using surface wave characteristics. The objectives of the thesis are as follows: a) To develop an appropriate theoretical model that can work in conjunction with the results obtained from the site inverstigations to precisely identify the actual in situ stiffness profiles. b) To develop a new inversion procedure that enables to inverse all the appearing modes in a wave field. An appropriate model should be able to define the vertical heterogeniety of the subsoil. In this study, the existing solution for the homogeneous half space was extended to the stratified medium. An analytical formulation in the frequency domain was used for this purpose by considering arbitrary horizontal, elastic isotropic layers. The Green’s functions were defined in the matrix formulation in the form of reflection- and transmission coefficients. In this way the analytical considerations could be carried out in a strong mathematical procedure. The solution for the forced excited layered half space was obtained following the contour integration. The solution could be separated in to the body wave and the surface wave fields. The advantage of such an analytical approach lies in the definite allocation of the preserved solutions for wave types and the straight dispersion characteristic of the calculated models. The difference between the analytical and the numerical solutions, such as using FEM, is that the interpretation of the calculated wave field is not required in the former, whereas it is necessary in the latter case. With the help of an analytic wave field calculation the behavior of the propagate surface wave fields in the stratified media could be better simulated and examined. For the investigation of the stiffness profiles primarily the modal superposition by surface waves and the wave number-integration were used. Special surface wave field investigation methods were necessary for the determination of the available dispersion characterisic. For the realization of the dispersion analysis in geoengineering investigations the phase difference method (SASW) is a widely used tool. Since the information on the higher modes are limited, an improved method is proposed to separate the different modes from the experimental data. The proposed method used the spatially spread wave field for the dispersion information. The soil structure can be determined by using various inverse methods. For the joint inversion of all the available modes in the measurements, a suitable inversion procedure was derived. For the stabilization of the inversion procedure, a least square method was chosen. The disadvantage of this efficient method is a local minimum search of the objective function. To achieve a stable and focused inversion procedure the Levenberg-Marquardt algorithm was used. The different dispersion branches multiplied by weighting factors corresponds to the excitation behavior in the dispersion spectra. One particularly advantage in the work is the concurrent treatment of theoretical and experimental parameter studies. According this treatment, the results and cognitions of both sides were complementary. An interpretation of field data could be carried out reliably. In addition, the compiled experimental and theoretical procedures could be checked mutually. KW - Inversionsalgorithmus KW - Inversionstheorie KW - Wellenausbreitung KW - Anomale Dispersion KW - Dispersion KW - Energieübertragung KW - wave propagation KW - inversion procedure KW - inversion theorie KW - wave field dispersion Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20050708-6874 ER - TY - THES A1 - Wendrich, Astrid T1 - Zerstörungsfreie Ortung von Anomalien in historischem Mauerwerk mit Radar und Ultraschall T1 - Non-destructive investigations of anomalies at historic masonry with radarand ultrasonic N2 - Für die Sanierung von Bauwerken werden meist Informationen über die innere Struktur und den Aufbau, Belastungszustände, Feuchte- und Salzgehalte benötigt. Die Untersuchung mit zerstörungsarmen und -freien Methoden minimieren die dazu nötigen Eingriffe. Ebenfalls bieten die ZfP-Verfahren die Möglichkeit, den Erfolg einer Maßnahme zu kontrollieren sowie Prozesse über einen langen Zeitraum zu beobachten (Monitoring). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der zerstörungsfreien Untersuchung von inneren Strukturen und des Aufbaus von Mauerwerk mittels Ultraschall und Radar. Der untersuchte Querschnitt wird tomografisch rekonstruiert. Diese Darstellungsart bietet den Vorteil der Tiefenbestimmung von Objekten und der besseren Visualisierung für Auftraggeber und/oder Laien. Es wurden die Laufzeiten der Longitudinalwellen rekonstruiert. Die Frequenzen der Ultraschalluntersuchungen lagen bei 25 kHz sowie 85 kHz und der Radaruntersuchungen bei 900 MHz sowie 1,5 GHz. Die Rekonstruktion erfolgte mit dem Tomografieprogramm “Geo-Tom“, welches auf der Grundlage des SIRT-Algorithmus arbeitet. Die untersuchten Querschnitte beinhalteten Anomalien bestehend aus Luft, Granit, Holz und Mörtel. Die Abmaße der Anomalien lagen zwischen 10-27 cm bezogen auf einen Querschnitt von 0,76 x 1,0 m. Eine Ortung der Anomalien war möglich, wenn diese eine Laufzeitveränderung von mindestens der Größe des Messfehlers bewirken. Die Größe dieser Laufzeitdifferenz ist abhängig von den Abmaßen der Anomalie und dem Kontrast der elektromagnetischen bzw. akustischen Eigenschaften zwischen Anomalie und umgebenden Material. Eine Aussage über die Größe der Anomalie ist möglich, jedoch kann auf die Form nur bedingt geschlussfolgert werden. Des Weiteren kann durch den Vergleich der beiden Verfahren ein Rückschluss auf die möglichen Materialien der Anomalie gezogen werden. N2 - For the reconstruction of historic buildings often information about the inner structure, load cases, moisture and salt contents is needed. The application of minor and non-destructive techniques can reduce the number of necessary investigations. Moreover those techniques allow controlling the success of repair interventions and enable long term observation of processes (monitoring). This thesis focusses on non-destructive investigations of the inner structure of masonry using radar and ultrasonic. The investigated cross section will be reconstructed with travel time tomography. This reconstruction technique provides the opportunity of detection of objects in the depth of the investigated structure and offers a better visualization of results. The frequencies of the ultrasonic waves were 25 kHz and 85 kHz. For the radar measurements frequencies of 900 MHz and 1.5 GHz had been used. The reconstruction had been performed with the tomographic program “GeoTom“ wich is based on the “SIRT“ inversion algorithm. The investigated objects include anomalies like voids or wood, stone and mortar inclusions. The sizes vary from 10 cm up to 27 cm related to a total size of the investigated cross section of 0.76 x 1.0 m. The detection of those anomalies was possible, if the travel time differences with or without anomaly were greater as the measuring error. The travel time depends on the size of the anomaly itself and on the contrast of properties between anomaly and surrounding material. It is possible to gain general information about the material properties and the size of the anomaly, but not about its shape. T3 - BAM-Dissertationsreihe - 47 KW - Laufzeit KW - Tomographie KW - Radar KW - Radar KW - Ultraschall KW - Mauerwerk KW - Zweischaliges Mauerwerk KW - zerstörungsfrei KW - non-destructive Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20090709-14795 SN - 978-3-9812910-1-8 ER -