Seismische Verstärkung

Die Analyse der relativen seismischen Verstärkung bestimmt, wie stark die Bodenerschütterung an einem Messstandort im Vergleich zu einer nahe gelegenen Referenzstation auf stabilem Untergrund verstärkt wird (Site-to-Reference Spectral Ratio, SRSR). Die seismische Verstärkung skaliert mit dem Zerrüttungsgrad des Gesteins, was die Verstärkungsanalyse für die Bewertung des Zustandes von Hanginstabilitäten sowie für die Kartierung der räumlichen Ausdehnung nützlich macht.

• Aufzeichnung der Umgebungsvibrationen mit tragbaren Seismometern während mindestens 20 Minuten.
• Die Verstärkungsfaktoren zeigen den Zustand des Gesteins an, wobei höhere Werte auf eine stärkere Zerrüttung des Gesteins und damit auf ein grösseres Instabilitätsrisiko hinweisen.
• Nützlich für die schnelle Kartierung und Charakterisierung von Hanginstabilitäten.

Publikationen

• Häusler et al. (2022): Monitoring the changing seismic site response of a fast-moving rockslide (Brienz/Brinzauls, Switzerland)

Modalanalyse

Die Modalanalyse ist eine im Bauwesen weit verbreitete Technik zur Bestimmung von Resonanzfrequenzen, Dämpfung und Modalformen. Mit Hilfe der Frequenzbereichszerlegung (Frequency Domain Decomposition, FDD) können diese Eigenschaften aus Aufzeichnungen der Umgebungsvibrationen berechnet werden. Bei der Anwendung auf geologische Strukturen wie Rutschungen, Felswände oder freistehende Felstürme liefert die Modalanalyse wertvolle Informationen über die dynamischen Eigenschaften einer Instabilität. Da einzelne Kompartimente einer Instabilität unterschiedliche Modalformen aufweisen, können die Richtungen der Eigenschwingungen zur Kartierung verschiedener Kompartimente verwendet werden. Darüber hinaus bildet sich die dominante Schwingungsrichtung annähernd senkrecht zu den vorherrschenden Brüchen aus, so dass verborgene Brüche anhand der Umgebungsvibrationen identifiziert werden können.

• Aufzeichnung der Umgebungsvibrationen mit tragbaren Seismometern während mindestens 20 Minuten.
• Instabilitäten weisen oft charakteristische dynamische Eigenschaften auf, die zur Unterscheidung verschiedener Kompartimente und zur Identifizierung verborgener Brüche anhand der Schwingungseigenschaften verwendet werden können.
• Nützlich für die Identifizierung von internen Kompartimenten und verborgenen Brüchen innerhalb einer Instabilität.

Publikationen

• Häusler et al. (2019): Fracture Network Imaging on Rock Slope Instabilities Using Resonance Mode Analysis

Resonanzfrequenz und Polarisierung

Hanginstabilitäten in Felswänden oder freistehenden Felstürmen weisen deutliche Resonanzfrequenzen und stark polarisierte seismische Wellen auf. Diese Eigenschaften können mit Hilfe von Modalanalyseverfahren über die Zeit verfolgt werden, was ein wertvolles Instrument zur Überwachung mechanischer Veränderungen innerhalb einer Instabilität darstellt. Da die Resonanzfrequenz eine Funktion der Steifigkeit ist, deutet eine abnehmende Resonanzfrequenz auf eine Verringerung der Felssteifigkeit und damit auf eine fortschreitende Desintegration hin. Die Überwachung der Wellenfeldpolarisierung kann Aufschluss über Spannungsumlagerungen innerhalb eines Hangs geben.

• Wiederkehrende Messungen mit tragbaren (periodische Überwachung) oder fest installierten (kontinuierliche Überwachung) Seismometern.
• Eine zunehmende Zerrüttung des Gesteins führt zu einer Abnahme der Steifigkeit des Gesteins und damit zu einer Abnahme der Resonanzfrequenz. Änderungen der seismischen Wellenpolarisation können auch dazu genutzt werden, Umverteilungen im inneren Spannungsfeld zu erkennen.
• Nützlich für langfristige Stabilitätsbeurteilungen und Frühwarnsysteme für Instabilitäten mit ausgeprägten Resonanzfrequenzen (z. B. Felswände, freistehende Felstürme).

Publikationen

• Lévy et al. (2010): Dynamic response of the Chamousset rock column (Western Alps, France)
• Häusler et al. (2021): Monitoring the Preonzo Rock Slope Instability Using Resonance Mode Analysis
• Häusler et al. (2022): Monitoring the changing seismic site response of a fast-moving rockslide (Brienz/Brinzauls, Switzerland)

Seismische Interferometrie

Durch Kreuzkorrelation der Signale der Umgebungsvibrationen zwischen zwei Sensoren kann die relative Änderung der Scherwellengeschwindigkeit (dv/v) in Bezug auf eine Referenzperiode berechnet werden. Da die Scherwellengeschwindigkeit von den Materialeigenschaften des Untergrundes abhängt (z. B. Steifigkeit, Porenwasserdruck), ist die seismische Interferometrie eine geeignete Methode zur Überwachung der Materialeigenschaften von Hanginstabilitäten und zur Identifizierung potenzieller Vorläufer eines Hangversagens.

• Ein oder mehrere fest installierte Seismometer, die kontinuierlich Umgebungsvibrationen aufzeichnen.
• Eine Abnahme der Scherwellengeschwindigkeit deutet auf eine Abnahme der Steifigkeit hin, die in direktem Zusammenhang mit dem potenziellen Hangversagen steht.
• Nützlich für langfristige Stabilitätsbeurteilungen und Frühwarnsysteme für Instabilitäten im Lockergestein und Permafrostkörpern.

Publikationen

• Mainsant et al. (2012): Ambient seismic noise monitoring of a clay landslide: Toward failure prediction
• Le Breton et al. (2021): Landslide monitoring using seismic ambient noise correlation: challenges and applications

Seismische Refraktionstomographie (SRT)

Die seismische Refraktionstomographie (SRT) nutzt die Laufzeit seismischer Wellen, um Geschwindigkeitsvariationen im Untergrund abzubilden. Durch die Analyse von seismischen Wellen, die an Materialgrenzen refraktiert werden, liefert die SRT wertvolle Informationen über die Geschwindigkeitsverteilung im Untergrund und die Materialeigenschaften. SRT wird häufig in geotechnischen Untersuchungen und bei der Beurteilung von Naturgefahren eingesetzt.

• Seismische Wellen werden z.B. durch Hammerschläge oder Sprengungen erzeugt und von Geophonen registriert, die in einer Linie angeordnet sind.
• SRT liefert detaillierte Informationen über den Untergrund, einschließlich seismischer Geschwindigkeiten, Felstiefen, Verwerfungen und Grundwasserspiegel.
• Besonders nützlich für die Gewinnung von Informationen über Materialkontraste (z. B. basale Gleitfläche, Felstiefe).

Dispersionsanalyse von Oberflächenwellen (MASW)

Die Dispersionsanalyse von Oberflächenwellen (MASW) wird zur Bestimmung von Geschwindigkeitsprofilen oberflächennaher Scherwellen verwendet. Durch die Analyse der Ausbreitung von Oberflächenwellen, die von einer seismischen Quelle (z.B. Hammer oder Sprengung) erzeugt werden, liefert MASW wertvolle Informationen über die Steifigkeit des Untergrunds und die Materialeigenschaften. MASW wird häufig in geotechnischen und ingenieurwissenschaftlichen Projekten eingesetzt.

• Seismische Wellen werden z.B. durch Hammerschläge oder Sprengungen erzeugt und von Geophonen registriert, die in einer Linie angeordnet sind.
• MASW liefert Scherwellengeschwindigkeitsprofile, die Aufschluss über die Steifigkeit des Untergrundes und die Stratigraphie geben.
• Besonders nützlich für die Gewinnung von Informationen über Materialkontraste (z. B. basale Gleitfläche, Felstiefe).