Department 5 Geoengineering - GFZ - GeoForschungsZentrum ...

Abb. 5.12: Versuchsdeich mit seismischer Quelle und Empfängern
am GeoForschungsZentrum Potsdam (Länge 5 m,
Breite 0,3 m, Höhe 1,2 m; Foto: K. Jaksch, GFZ).
Model dike with the seismic source and receivers at the
GFZ Potsdam (length 0.3 m, width 5 m, height 1.2 m).
Der Versuchsdeich wurde mit einem annähernd homogenen
Lehmmaterial verfüllt und auf einer Seite abgeschlossen,
um das Fluten mit Wasser zu ermöglichen.
Vor den Messungen wurden Tests der seismischen Sweep-
Quelle durchgeführt, um einen möglichst hohen Energieeintrag
in den gewünschten Frequenzbereichen zu erreichen
und Oberflächenwellen zu unterdrücken. Das obere
Diagramm in Abb. 5.13 zeigt ein Sweep-Signal, mit dem
der Vibrator angeregt wird, mit Frequenzen von 100 bis
6.100 Hz und konstanten Amplituden. Im unteren Diagramm
erkennt man aus dem Kopfsignal, das direkt an
der Ankopplungsfläche aufgezeichnet
wurde, wie sich die Amplituden des
Sweeps durch die Materialeigenschaften
des Deiches und die Übertragungseigenschaften
des Vibrators ändern.
Ein langfristiger Durchfeuchtungsversuch
mit einem konstanten Wasserstand
von einem Meter (Abb. 5.12) wurde
begonnen. Anfangs in Stunden- und später
in Tagesabständen wurden seismische
Messungen durchgeführt, um den zeitlichen
Durchfeuchtungsverlauf zu erfassen.
Die Untersuchungen haben gezeigt,
dass die fortschreitende Durchfeuchtung
des Versuchsdeiches sich in deutlichen
Veränderungen der Amplituden des
Sweep-Signals auswirkt. Ein wesentliches
Ziel der Untersuchungen ist die Herleitung
von Beziehungen zwischen den
seismischen Messgrößen (z. B. Geschwindigkeiten
und Dämpfungen) und
den bodenmechanischen Parametern. An
Modelldeichen des Instituts für Wasser
und Gewässerentwicklung (IWG), Bereich
Wasserwirtschaft und Kulturtechnik,
der Universität Karlsruhe mit Wasserstandssteuerung
zur Simulation von
Hochwasserszenarien wurden geotechnische, hydraulische
und seismische Untersuchungen durchgeführt. Dazu
wurden vier Deiche aufgebaut, bei denen das Bodenmaterial,
die Böschungen und die Hochwasserszenarien variiert
wurden. Das Schuss- und Empfänger-Array bestand
aus drei parallelen Messlinien mit 3-Komponenten-Geophonen.
Abb. 5.14 zeigt die Messkonfiguration.
Bis Ende April 2005 wurden die seismischen Messungen
an den großmaßstäblichen Modelldeichen im Theodor-
Rehbock-Laboratorium des IWG der Universität Karlsruhe
durchgeführt. Soweit möglich, wurden die verschiedenen
Hochwasserszenarien begleitend gemessen.
Dazu wurde an zwei Modelldeichen mit unterschiedlicher
Materialzusammensetzung gemessen. Über die gesamte
Messzeit bewährte sich die vom GFZ Potsdam entwickelte
Messtechnik, wie z. B. die speicherprogrammierbare
Steuerung des Positionierungswagens und die
Anpressvorrichtung der Quelle unter Dauerbelastung
(Abb. 5.15).
Für die Signalaufzeichnung wurden vier 24-kanalige und
bis zu 55 zweikanalige Summit Aufzeichnungsgeräte eingesetzt.
In Tests während der Trockenphase des Modelldeiches
vor dem ersten Einstau wurde das für die Messungen
benutzte Sweep-Signal festgelegt: Sweep-Dauer
0,5 s, Frequenzband 300 bis 6.300 Hz. Eine softwaregesteuerte
Regelung des Sweep begrenzt die auftretenden
Beschleunigungswerte und verteilt die eingebrachte Energie
gleichmäßig über das Frequenzband.
Die Dauer eines Messdurchlaufs für 54 Quellpunkte betrug
bis zu drei Stunden. Mit zunehmender Durchfeuchtung des
Abb. 5.13: Anwendung des Echzeit-Regelungssystems auf einen linearen
Sweep (Frequenzband 100 bis 6.100 Hz). Alle Sweepfrequenzen des geregelten
Sweeps (grüner Graph) werden mit ungefähr gleichen Amplituden
angeregt. Beim ungeregelten Sweep (blauer Graph) sind hingegen die Resonanzfrequenzen
deutlich zu erkennen.
Application of the real-time control system at the linear sweep (here 100 to
6100 Hz) leads to the regulated sweep signal (green graph). All frequencies
were stimulated nearly with the same amplitudes, whereas at the unregulated
sweep (blue graph) the resonant frequencies are clearly seen.
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
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