Die Durchfeuchtungsprozesse in lehmigen Deichen wurden an idealisierten Modelldeichen unter anderem mit hochauflösenden seismischen Messungen untersucht.

Um die Versagensmechanismen genauer bestimmen zu können, wurden zwei Modelldeiche aufgebaut, bei denen verschieden lehmige Deichmaterialien verwendet und das Hochwasserszenario variiert wurden. Das Schuss- und Empfängerarray der hochauflösenden Seismik bestand aus drei parallelen Messlinien. Insgesamt wurden 63 3-Komponenten-Geophonköpfe eingebracht und bis zu 54 Quellpunkte an der Deichoberfläche angeregt (siehe Abb. 2). Um auch im gefluteten Deichbereich seismische Signale aufzeichnen zu können, wurden wasserdichte Geophonköpfe entwickelt.

Um eine hohe Auflösung zu erhalten, wurde als seismische Quelle ein magnetostriktiver Vibrator verwendet, der Frequenzen bis zu 15 kHz anregen kann. Im Gegensatz zu seismischen Impulsquellen wird durch eine Vibrationsquelle zudem die Deichoberfläche bei der Signalanregung kaum mechanisch beeinflusst. Vor den Messungen an der Deichversuchsanlage an der Universität Karlsruhe wurde am Deutschen GeoForschungsZentrum Potsdam unter anderem an einem kleineren Versuchsdeich (siehe Abb. 3) das seismische System getestet und an die Versuchsbedingungen optimiert. Der Versuchsdeich wurde mit einem Lehmmaterial verfüllt und auf einer Seite abgeschlossen, um das Einbringen eines Hochwasserstandes zu ermöglichen. Zudem wurden Sweeptests durchgeführt, um einen möglichst hohen Energieeintrag in den gewünschten Frequenzbereichen zu erreichen und unerwünschte Wellen wie Oberflächenwellen gar nicht erst anzuregen. Um alle Frequenzen des Sweeps gleichmäßig anzuregen und störende Resonanzfrequenzen zu unterbinden, wurde eine Echtzeitregelung angewendet.

Ergebnisse

Für einen repräsentativen idealisierten Deichquerschnitt wurden Finite-Differenzen-Rechenmodelle erstellt, um das gemessene Wellenfeld analysieren und Einflüsse der Modellbegrenzungen quantitativ bestimmen zu können. Die seismischen Messungen und deren Auswertung zeigen, dass der Durchfeuchtungsprozess im Deich aufgelöst werden kann.

Die Messungen zeigen ein komplexes Wellenfeld, hauptsächlich mit direkten und refraktierten P-Wellen sowie Oberflächenwellen. Der Vergleich der seismischen Daten vor und während eines Hochwassers zeigt, dass die Durchfeuchtung des Deiches die seismischen Wellen dämpft. Die Ersteinsatzzeiten ändern sich infolge der Durchfeuchtung des Deiches und können für die Berechnung von Laufzeit-Tomographien genutzt werden. Der Vergleich der Laufzeit-Tomographien (siehe Abb. 4) zeigt eine Abnahme der P-Wellengeschwindigkeit mit einem zunehmenden Wassergehalt im Deich. Im trockenen Zustand des Deiches zeigt die Tomographie den erwarteten positiven Geschwindigkeitsgradienten. Bereiche mit höheren P-Wellengeschwindigkeiten wurden durch zusätzliche Belastungen des Deiches nach dem Einbau hervorgerufen. Die Durchfeuchtung des Deiches mit fortschreitendem Hochwasser korreliert mit der abnehmenden P Wellengeschwindigkeit.