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Das ständig steigende Mobilitätsbedürfnis erfordert den Neu- und Ausbau von Verkehrswegen, da diese den heute auftretenden Verkehrsbelastungen und –stärken häufig nicht mehr gewachsen sind. In dieser Arbeit wird an Hand eines Bauvorhabens die Entscheidungsfindung zur Auswahl eines geeigneten Bauverfahrens gezeigt. Dazu wird, nach einer allgemeinen Beschreibung des Problems, eine Übersicht möglicher Verfahren zur Baugrundverbesserung gegeben. Es wurden mehrere Ausführungsvarianten vorentwurfsmäßig ausgearbeitet und miteinander verglichen. Die so gefundene Vorzugsvariante wurde anschließend für die Bauaufgabe dimensioniert und planerisch aufbereitet. Abschließend wurden Probefelder zur Überprüfung der Bemessung und zur Optimierung der Ausführung beschrieben und ausgewertet.
Spatial time domain reflectometry (spatial TDR) is a new measurement method for determining water content profiles along elongated probes (transmission lines). The method is based on the inverse modeling of TDR reflectograms using an optimization algorithm. By means of using flat ribbon cables it is possible to take two independent TDRmeasurements from both ends of the probe, which are used to improve the spatial information content of the optimization results and to consider effects caused by electrical conductivity. The method has been used for monitoring water content distributions on a full-scale levee model made of well-graded clean sand. Flood simulation tests, irrigation tests, and long-term observations were carried out on the model. The results show that spatial TDR is able to determine water content distributions with an accuracy of the spatial resolution of about ±3 cm compared to pore pressure measurements and an average deviation of ±2 vol % compared to measurements made using another independent TDR measurement system.
Different types of data provide different type of information. The present research analyzes the error on prediction obtained under different data type availability for calibration. The contribution of different measurement types to model calibration and prognosis are evaluated. A coupled 2D hydro-mechanical model of a water retaining dam is taken as an example. Here, the mean effective stress in the porous skeleton is reduced due to an increase in pore water pressure under drawdown conditions. Relevant model parameters are identified by scaled sensitivities. Then, Particle Swarm Optimization is applied to determine the optimal parameter values and finally, the error in prognosis is determined. We compare the predictions of the optimized models with results from a forward run of the reference model to obtain the actual prediction errors. The analyses presented here were performed calibrating the hydro-mechanical model to 31 data sets of 100 observations of varying data types. The prognosis results improve when using diversified information for calibration. However, when using several types of information, the number of observations has to be increased to be able to cover a representative part of the model domain. For an analysis with constant number of observations, a compromise between data type availability and domain coverage proves to be the best solution. Which type of calibration information contributes to the best prognoses could not be determined in advance. The error in model prognosis does not depend on the error in calibration, but on the parameter error, which unfortunately cannot be determined in inverse problems since we do not know its real value. The best prognoses were obtained independent of calibration fit. However, excellent calibration fits led to an increase in prognosis error variation. In the case of excellent fits; parameters' values came near the limits of reasonable physical values more often. To improve the prognoses reliability, the expected value of the parameters should be considered as prior information on the optimization algorithm.
Abgrenzung Grundbruch und Gesamtstandsicherheit bei Verkehrsdämmen auf gering tragfähigem Baugrund
(2011)
In der vorliegenden Arbeit wurde die Abgrenzung des Grundbruches und der Gesamtstandsicherheit bei Verkehrsdämmen auf gering tragfähigem Baugrund untersucht. Die zunehmende Bevölkerung und der damit verbundene Ausbau der Verkehrsinfrastruktur macht es nötig, auch in Gebieten mit schlechtem Baugrund Verkehrswege zu errichten. Ausgehend von diesen Bedürfnissen wurden zwei Versagensarten an Verkehrsdämmen näher analysiert, um sicherzustellen, dass auch diese Verkehrsdämme standsicher errichtet werden können. Schlechter Baugrund ist dann vorhanden, wenn dieser die Belastungen der Bauwerke nicht aufnehmen kann und es so schneller zum Versagen kommen könnte. Die zwei zu untersuchenden Versagensarten ähneln sich sehr in ihrem Bruchverhalten. Aus der Literatur wurden deshalb theoretische Grundlagen zum Grund- und Böschungsbruch mit dem Ziel erarbeitet, den Grund- und Böschungsbruch voneinander abzugrenzen. Genauer untersucht wurden dabei die bodenmechanischen Faktoren, die Einfluss auf die Versagenssicherheit haben. In beiden Versagensvorgängen haben die gleichen Bodenparameter Einfluss, das heißt die Scherfestigkeit, die Kohäsion und die Wichte. Beide Versagen sind bodenmechanisch gesehen dieselben Vorgänge, doch unterscheiden sie sich durch den Bereich, indem sie stattfinden. Der Grundbruch ist ein Versagen des Baugrundes, hingegen ist der Böschungsbruch ein Versagen des Dammes. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, dass für den Grundbruch die Parameter des Baugrundes in den Nachweisen angesetzt werden und für den Böschungsbruch die des Dammes. Herausgearbeitete Fakten wurden mit Hilfe von Berechnungen, die an einem Beispieldamm durchgeführt wurden, unterlegt. Nach DIN 4017 und DIN 4084 wurden unter Zuhilfenahme der Rechenprogramme GGU-Stability und GGU-Footing verschiedene Nachweise geführt. Dabei wurden die Parameter des Baugrundes, die Grundwassersituation und der Zustand des Bodens variiert.
For the safe and efficient operation of dams, frequent monitoring and maintenance are required. These are usually expensive, time consuming, and cumbersome. To alleviate these issues, we propose applying a wave-based scheme for the location and quantification of damages in dams.
To obtain high-resolution “interpretable” images of the damaged regions, we drew inspiration from non-linear full-multigrid methods for inverse problems and applied a new cyclic multi-stage full-waveform inversion (FWI) scheme. Our approach is less susceptible to the stability issues faced by the standard FWI scheme when dealing with ill-posed problems. In this paper, we first selected an optimal acquisition setup and then applied synthetic data to demonstrate the capability of our approach in identifying a series of anomalies in dams by a mixture of reflection and transmission tomography. The results had sufficient robustness, showing the prospects of application in the field of non-destructive testing of dams.