Untersuchungen zur Elliptizität (H/V-Verhältnis) von Rayleighwellen
Final Report Abstract
Die H/V-Methode basiert auf der spektralen Analyse des Verhältnisses von horizontaler zu vertikaler Bodenbewegung insbesondere von natürlicher Bodenunruhe aber auch von Erdbeben. Eine entscheidende Fragestellung dabei ist, inwieweit das Maximum der H/V-Kurve, der sogenannte Peak, die Bodenresonanzfrequenz widerspiegelt. Fällt die Bodenresonanzfrequenz mit der Gebäudeeigenfrequenz zusammen, kann es bei Erdbeben für Gebäude gefährlich werden. Der Peak der H/V-Kurve hängt in komplizierter Weise von verschiedenen Materialparametern ab. Diese Zusammenhänge wurden Schritt für Schritt anhand einer Folge von Modellen mit aufsteigender Komplexität geklärt. Eine wesentliche Rolle spielen sowohl der Impedanzkontrast zwischen Schicht und Halbraum als auch das Poissonverhältnis der Schicht, während der Dichtekontrast und das Poissonverhältnis des Halbraums in den meisten Fällen weit weniger empfindlich eingehen. Eine von den Antragstellern 2004 publizierte wichtige Kurve, die die Frequenz des Peaks in Abhängigkeit vom Impedanzkontrast darstellt, fand eine zwanglose analytische Erklärung. Weiterhin wurde ein bisher unbekanntes Poissonverhältnis ermittelt, bei dem die H/V-Kurve ihr Verhalten grundlegend ändert, und es gibt keine ausgeprägten Peaks mehr, sondern nur noch schwache Maxima. Dies erlaubt festzustellen, wo sich Bodenunruhe für die Untersuchung von Eigenfrequenzen des Untergrundes verwenden läßt. Die Ergebnisse des Projekts werden in allen Situationen, wo die H/V-Methode zur Abschätzung von seismischer Gefährdung und Standortsicherheit und zur Erkundung der oberflächennahen Schichten benutzt wird, angewendet werden. Überraschend war die Erkenntnis, daß die Oskulationspunkte einen erheblichen Einfluß auf den Charakter der H/V-Kurve haben. Weiterhin war die Existenz der analytisch angebbaren, bisher unbekannten kritischen Poissonzahl ν = 0.2026 überraschend. Auch die Rolle von ν = 0.25 bei der Analyse von Oskulationspunkten für das Modell „Schicht mit festem Boden“ war nicht zu erwarten und kann bisher nicht gedeutet werden. Es wurde bereits ein Bericht unter dem Titel „Wenn die Erde bebt - Verbesserte Grundlagen seismischer Gefährdung“ im Uni-Journal Jena Nr. 01- Sommersemester 2009 veröffentlicht. Ein weiterer Artikel wurde im „Informationsdienst der Wissenschaft“ in deutscher und englischer Sprache im Internet veröffentlicht. Ein kurzer Artikel erschien auch in der Thüringer Landeszeitung.
Publications
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Dispersion of zero-frequency Rayleigh waves in an isotropic model ’Layer over half-space’, Geophys. J. Int. 175 (2008), 537-540
Tran Thanh Tuan, Malischewsky, P., Scherbaum, F., Ohrnberger, M.
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Prograde Rayleigh-wave particle motion for simple models, Proceedings of the International Conference “Days on Diffraction 2008”, June 3 – 6 2008, St. Petersburg, Russia, S. 116-120
Malischewsky, P. G., Tran Thanh Tuan, Scherbaum, F.
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The domain of existence of prograde Rayleigh-wave particle motion for simple models, Wave Motion 45 (2008), 556-564
Malischewsky, P. G., Scherbaum, F., Lomnitz, C., Tran Thanh Tuan, Wuttke, F., Shamir, G.
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The ellipticity (H/V-ratio) of Rayleigh surface waves, Dissertation Friedrich-Schiller-Universität Jena, 2009
Tran Thanh Tuan
