Universität zu Köln

Bodenverstärkung in der südlichen Niederrheinischen Bucht

Weber, Bernd (2007) Bodenverstärkung in der südlichen Niederrheinischen Bucht. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Die seismische Aktivität der Niederrheinischen Bucht (NB) zwischen den Städten Köln, Bonn, Düren, Jülich und Aachen gehört zu der höchsten Mitteleuropas. Im westlichen Teil der NB, vor allem im Rur Graben an der Grenze zum Hohen Venn und der Eifel, traten in der Vergangenheit zahlreiche schadenverursachende Erdbeben auf. In dem flachen Sedimentbecken der NB wurden signifikante Standorteffekte berichtet. Diese Arbeit untersucht die nichtlinearen Effekte unverfestigter Sedimente auf Amplituden und Frequenzgehalt der durch Erdbeben verursachten Bodenbewegungen. Es wurde ein dreidimensionales Modell der Sedimentschichten und der Tektonik der südlichen NB erstellt. Aus diesem Modell wurden 670 lithostratigraphische Profile in Form virtueller Bohrlöcher auf einem Gitter mit einem Abstand von 2 km entnommen und den lithologischen Einheiten ingenieurseismologische Parameter (wie Scherwellengeschwindigkeit, Dichte, Schermodul und Dämpfung) zugeordnet. Für jedes virtuelle Bohrloch wurden 200 Parametermodelle erstellt, deren ingenieurseismologische Parameter innerhalb ihres Unsicherheitsbereiches variieren. Das nichtlineare Bodenverhalten bezüglich Schermodul und Dämpfung ist in Form von scherdehnungsabhängigen Schermodul- und Dämpfungskurven berücksichtigt worden. Da die korrekten Materialeigenschaften häufig nicht bekannt sind und diese Kurven innerhalb einer Materialgruppe (wie Sand, Kies, Ton, Schluff, Lehm oder Braunkohle) stark variieren, wurden die Schwankungsbereiche durch zufallsgenerierte Kurven berücksichtigt. Die resultierenden eindimensionalen Modelle wurden dazu verwendet, Scherwellenverstärkungen mit einer erweiterten Version des Programms SHAKE91 zu berechnen. Die nichtlinearen Effekte wurden durch die Verwendung von Anregungen mit den Maximalbeschleunigungen von 0.01 g, 0.1 g und 1 g untersucht. Die Darstellung der Ergebnisse erfolgte in Form von Karten der Frequenz und Verstärkung der Grundmode und der Mode mit der maximalen Verstärkung inklusive der aus den Variationsrechnungen resultierenden Streubereiche für die jeweilige Frequenz und Verstärkung. Weiterhin wurden die Ergebnisse dieser Arbeit mit anderen Studien, welche die Bodenantwort untersuchen, verglichen.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    The Southern Lower Rhine Embayment (LRE), including the cities of Cologne, Bonn, Dueren, Juelich and Aachen, belongs to the regions with the highest seismicity in Europe North of the Alps. In the Western part of the LRE, particularly in the Roer Valley and at the border to the outcropping paleozoic bedrock in the Southwest, several damaging earthquakes happened during historic and recent times. In the shallow sedimentary basin of the LRE significant site effects have been reported. This thesis examines the non-linear effects of the unconsolidated sediments on amplitudes and frequency content of earthquake ground motions. In a first step a three-dimensional geological model of the sedimentary layers and tectonics is developed for the southern LRE. From this 670 virtual boreholes on a 2x2 km grid are extracted. To each lithostratigraphic unit shear wave velocity and density derived from depth depend relations are assigned. The resulting 670 one-dimensional models are used to calculate shearwave amplifications with a randomized version of SHAKE91. The engineering seismological parameters (shearwave velocity, density and thickness) are varied within their uncertainty ranges. Shear modul and damping depend on shear strain and the corresponding relations show a high variability within on material family (like clay, gravel, loam, sand, silt and lignite). These relations are also varied within their uncertainty range. Non-linear effects are studied by applying input accelerations of 0.01 g, 0.1 g, and 1 g (PGA), respectively. Maps of frequency and amplification of the fundamental mode, the mode with the highest amplification and the scatter of these parameters for the different rock accelerations are presented. The outcome of the model calculations is compared with results from previous studies based on different modelling approaches.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Weber, Berndb-weber@onlinehome.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-21530
    Subjects: Earth sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Bodenverstärkung , Standorteffekte , Niederrheinische Bucht , geologisches ModellGerman
    soil amplification , site effects, Lower Rhine Embayment , geologic modelEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Geologisches Institut
    Language: German
    Date: 2007
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 07 June 2007
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 07 Nov 2007 14:52:18
    Referee
    NameAcademic Title
    Hinzen, K.-G.PD Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2153

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