Ανάλυση Bιαίων Kατολισθήσεων κατά τον Σεισμό Mid Niigata 2004: Η Περίπτωση του Πρανούς Higashi Takezawa

Transcript

1 Ανάλυση Bιαίων Kατολισθήσεων κατά τον Σεισμό Mid Niigata 24: Η Περίπτωση του Πρανούς Higashi Takezawa Analysis of Catastrophic Landslides Triggered by the 24 Mid Niigata Earthquake: The Case of Higashi Takezawa Slope ΓΕΡΟΛΥΜΟΣ, Ν. ΚΟΥΡΚΟΥΛΗΣ, Ρ. ΓΚΑΖΕΤΑΣ, Γ. Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Μεταδιδάκτωρ Ερευνητής ΕΜΠ Πολιτικός Μηχανικός, Υποψ. διδάκτωρ ΕΜΠ Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής ΕΜΠ ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Ένα νέο καταστατικό προσομοίωμα για την ανάλυση βιαίων κατολισθήσεων υλοποιείται μέσω του κλασικού προσομοιώματος ολισθαίνοντος πρίσματος επί κεκλιμένου επιπέδου με το κριτήριο αστοχίας Mohr Coulomb, σε συνδυασμό με προσομοίωμα Bouc Wen για την σχέση τάσεων παραμορφώσεων, και διαφορικές εξισώσεις ως προς την αύξηση των υδατικών υπερπιέσεων κατά την ολίσθηση λόγω της θραύσης των κόκκων. Το προσομοίωμα εφαρμόζεται στην ανάλυση της κατολίσθησης Higashi Takezawa. Αναπαράγεται με επιτυχία η παρατηρηθείσα μετακίνηση του ηπίου πρανούς σε απόσταση m. ΑBSTRACT : A new constitutive model is proposed for the analysis of seismically triggered catastrophic landslides on sandy surfaces susceptible to sliding surface liquefaction. The model is based on the sliding block approach considering the Mohr-Coulomb failure criterion, the Bouc-Wen model for the hysteretic stress-strain relationship and the development of pore-water pressures during sliding due to the breakage of sand particles. The model is applied on the analysis of Higashi Takezawa landslide which occurred during the 24 Mid-Niigata earthquake and the observed m run-out distance of the gentle slope is reproduced.. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Παρουσιάζεται ένα προσομοίωμα για την ανάλυση των βιαίων κατολισθήσεων οι οποίες εκδηλώθηκαν κατά την διάρκεια του σεισμού της Mid Niigata και χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλή ταχύτητα ολίσθησης και μεγάλη απόσταση απόθεσης. Το επίκεντρο του σεισμού τοποθετείται στην περιοχή του βορειοδυτικού Honshu, περί την πόλη Ojiya της επαρχίας Niigata σε απόσταση 8 km από την ομώνυμη πόλη. Το συμβάν έλαβε χώραν στις 23 Οκτωβρίου 24, το δε μέγεθος του ήταν M w =6.8. Η περιοχή όπου εκδηλώθηκε το συμβάν χαρακτηρίζεται από έντονη σεισμική δραστηριότητα. Ο γνωστότερος από τους καταστρεπτικούς σεισμούς που είχαν εκδηλωθεί στην περιοχή ήταν αυτός της Niigata το 964. Η δόνηση προκάλεσε περίπου 4 κατολισθήσεις, είτε σε αστικές περιοχές ή στην ύπαιθρο. Οι Sato et al (25), εντόπισαν 353 κατολισθήσεις από τις οποίες οι 46 χαρακτηρίζονται ώς βίαιες (δηλ. η αστοχήσασα μάζα αποτέθηκε σε μεγάλη απόσταση). Από τις εκδηλωθείσες κατολισθήσεις, 374 είχαν πλάτος άνω των 5 m ενώ 2 εξ αυτών παρέσυραν πάνω από 6 ( εκατομμύριο) m 3 εδαφικού υλικού. Η μελετώμενη κατολίσθηση Higashi Takezawa ήταν μία εκ των μεγαλύτερων. Η αστοχήσασα εδαφική μάζα κάλυψε την επιφάνεια μιας κοιλάδας και διέκοψε την ροή του ποταμού Imokawa με συνέπεια την δημιουργία ενός φυσικού ταμιευτήρα ανάντη της ζώνης κατάληξης. Θεωρείται ότι οι έντονες βροχοπτώσεις κατά 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 3/5-2/6/26

2 τις 3 ημέρες που προηγήθηκαν του σεισμού διαδραμάτισαν καθοριστικόν ρόλο για την εκδήλωση των κατολισθήσεων (Sassa, 25; Tsukamoto and Ishihara, 25). 2. ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΗ HIGASHI TAKEZAWA Ένα από τα αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με την βίαιη κατολίσθηση Higashi Takezawa αφορά στον πιθανό μηχανισμό και στην ακριβή θέση της επιφάνειας ολισθήσεως. Εργαστηριακές δοκιμές σε δείγματα υλικού από την επιφάνεια ολισθήσεως (Sassa et al., 25) αποδεικνύουν ότι η αστράγγιστη γωνία τριβής ήταν μεγαλύτερη από την κλίση του πρανούς. Επιπλέον, η υπερκείμενη ιλυώδης άμμος δεν ήταν ρευστοποιήσιμη (Kokusho and Ishizawa, 25), γεγονός το οποίο θα αιτιολογούσε ενδεχομένως τον ταχύ ρυθμό εκδήλωσης της κατολίσθησης και την συνολικώς διανυθείσα απόσταση της ολισθήσασας εδαφικής μάζας: m σε χρόνο λίγων δευτερολέπτων. Οι Kokusho and Ishizawa (25) χρησιμοποίησαν μια ενεργειακή θεώρηση για την ερμηνεία της κατολίσθησης αυτής: η δυνατότητα αστοχίας προκύπτει συγκρίνοντας την σεισμική ενέργεια της διέγερσης με την ενέργεια που απορροφάται κατά την ολίσθηση του πρανούς. Η μέθοδος εφαρμόσθηκε σε προσομοίωμα ολισθαίνοντος πρίσματος τύπου Newmark, με καθορισμό ενός ισοδύναμου συντελεστή τριβής ο οποίος ορίζεται από την κλίση της νοητής ευθείας που ενώνει τα κέντρα βάρους της ολισθαίνουσας μάζας πριν και μετά την απόθεση. Η μέθοδος βαθμονομήθηκε με βάση πειράματα δονητικής τράπεζας, δεν οδήγησε όμως σε ορθό υπολογισμό της απόστασης που διήνυσε η ολισθαίνουσα μάζα καθώς: (α) απαιτεί την εκ των προτέρων γνώση της γεωμετρίας της εδαφικής μάζας μετά την απόθεσή της και (β) δεν λαμβάνει υπόψιν την μείωση της αντοχής κατά την ολίσθηση η οποία είναι και υπεύθυνη για τον ρυθμό εξέλιξης της κατολίσθησης. Επιδιώκοντας να εξηγήσουν τον μηχανισμό της κατολίσθησης αυτής, οι Tsukamoto and Ishihara (25) εκτέλεσαν τριαξονικές δοκιμές υπό στραγγιζόμενες συνθήκες σε μερικώς κορεσμένα αμμώδη δείγματα από το υλικό της κατολίσθησης, κάνοντας την υπόθεση ότι οι βίαιες κατολισθήσεις συμβαίνουν υπό συνθήκες ασήμαντης μεταβολής του όγκου. Τα αποτελέσματα των δοκιμών αναπαράγονται στο Σχ.. Συμπεραίνεται, ότι η απομένουσα αντοχή (μή κορεσμένης άμμου) εκφρασμένη ως το ήμισυ της διεκτροπικής τάσης σε μεγάλες παραμορφώσεις είναι φθίνουσα συνάρτηση του ποσοστού υγρασίας. Παρά την αναμφισβήτητη σπουδαιότητα του πειραματικού αυτού ευρήματος, σημειώνεται ότι η διαδικασία των τριαξονικών δοκιμών υπό σταθερόν όγκο δεν προσομοιώνει την φυσική διαδικασία απομείωσης της αντοχής λόγω αύξησης των υπερπιέσεων πόρων. Αντιθέτως, επιβάλλεται με τεχνητό τρόπο μέσω της μείωσης της πίεσης της κυψέλης υπό μηδενική ογκομετρική παραμόρφωση. Επομένως, ο μηχανισμός γένεσης των υδατικών υπερπιέσεων παραμένει άγνωστος. Για την εξήγηση του μηχανισμού εξέλιξης βιαίων κατολισθήσεων, ο Sassa (994, 995) ανέπτυξε την θεωρία μιας ιδιότυπης ρευστοποίησης, λόγω θραύσης των κόκκων μή κορεσμένων άμμων στην ζώνη διατμήσεως, την οποία επαλήθευσε μέσω πειραμάτων δακτυλιωτής διάτμησης υπό αστράγγιστες συνθήκες. Τα πειράματα κατέδειξαν ότι η ρευστοποίηση λόγω θραύσης κόκκων συμβαίνει όχι μόνον σε πλήρως κορεσμένες άμμους (στις οποίες λαμβάνει χώραν η κλασική ρευστοποίηση, αλλά καί σε μερικώς κορεσμένες. Η θεωρία χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία για την εξήγηση των κατολισθήσεων Nikawa και Takarazuka στον σεισμό του Kobe 995, καθώς και των κατολισθήσεων Higashi Takezawa και Terano στον σεισμό της Mid Niigata (Sassa et al., 994; 25). Απομένουσα διατμητική αντοχή (kpa) 3 2 w = 2 % Μεταβατική ζώνη w = 49 % Πλήρης κορεσμός Ποσοστό Φυσικής υγρασίας w (%) Σχήμα. Απομείωση της απομένουσας διατμητικής αντοχής συναρτήσει του ποσοστού υγρασίας. Figure. Reduction of the residual strength as function of the water content. Για την περίπτωση της Higashi Takezawa οι ανωτέρω ερευνητές διερεύνησαν τις πιθανές θέσεις της επιφάνειας ολίσθησης καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι η αστοχία θα ήταν δυνατόν να συμβεί ή στο άνω τμήμα 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 3/5-2/6/26 2

3 της διαβρωμένης (λόγω υδατικής ροής) επιφάνειας του υποκείμενου ιλυολίθου ή στην βάση της υπερκείμενης αμμώδους στρώσης. Διεξάγοντας δοκιμές δακτυλιωτής διάτμησης σε δείγματα καί από τα δύο υλικά, οι ερευνητές υπολόγισαν ότι σε περίπτωση κατολίσθησης προκαλούμενης λόγω υδατικών υπερπιέσεων (π.χ εξαιτίας βροχόπτωσης) η απομένουσα γωνία τριβής του ιλυώδους υλικού είναι πολύ μικρότερη αυτής του αμμώδους. Αντιθέτως, σε περίπτωση σεισμικού εναύσματος, η ιλύς είναι ισχυρότερη από την άμμο η οποία είναι επιρρεπής σε ρευστοποίηση τύπου θραύσης των κόκκων. Στην περίπτωση του δείγματος από την άμμο της Ηigashi Takezawa, η φαινόμενη γωνία τριβής μετρήθηκε ίση με 3.3 ο μόνον. Η παρούσα μελέτη περιλαμβάνει την ανάλυση της ευστάθειας του πρανούς Higashi Takezawa με πεπερασμένα στοιχεία για τον υπολογισμό του στατικού συντελεστή ασφαλείας, ενώ εν συνεχεία παρουσιάζεται η εφαρμογή του καταστατικού προσομοιώματος του Gerolymos (25) για την ανάλυση του εναύσματος και της εξέλιξης βιαίων κατολισθήσεων, το οποίο βασίζεται: (i) στην υπόθεση της ανάπτυξης υπερπιέσεων πόρων λόγω θραύσης των κόκκων κατά μήκος της επιφάνειας ολίσθησης (Sassa et al., 995), (ii) το πειραματικό προσομοίωμα του Hardin (985) για την θραύση των κόκκων της άμμου υπό συνδυασμένη φόρτιση συμπίεσης και διατμητικής δύναμης, και (iii) την υστερητική σχέση τάσεων παρα-μορφώσεων Bouc Wen συνδυασμένη με τον νόμο τριβής Coulomb. Στο Σχ. 2 φαίνεται η κάτοψη της κατολίσθησης και μία χαρακτηριστική τομή του πρανούς. Η μικρή κλίση του πρανούς μαρτυρά ότι η κατολίσθηση ήταν αποτέλεσμα επανενεργοποίησης προγενέστερης αστοχίας. Το 6 υλικό που παρασύρθηκε είχε όγκο.2 x m 3 (Kokusho and Ishizawa, 25). Οι διαστάσεις της αστοχίας σε κάτοψη είναι 3 m πλάτος και 25 m μήκος. Το δε μέγιστο πάχος εκτιμήθηκε περί τα 4 m. Οι Sassa et al. (25), και Kokusho and Ishizawa (25), από μελέτη της επιφανειακής εκδήλωσης του καθρέφτη ο οποίος υπόκειτο της κατολισθήσασας μάζας υπολόγισαν την κλίση της επιφάνειας ολίσθησης στις 2 o. Ο κύριος όγκος της κατολίσθησης αποτελείται από αμμώδες υλικό υπερκείμενο ιλυολίθου. Το Σχήμα 3 απεικονίζει την καμπύλη κοκκομετρικής διαβάθμισης της άμμου που λήφθηκε από την ζώνη διάτμησης. Σχήμα 2. Κάτοψη και τομή της κατολίσθησης [Sassa 25a]. Figure2.Plan view and cross section of the landslide [Sassa 25a]. Διερχόμενο κατά βάρος Διάμετρος κόκκου D (mm) Σχήμα 3. Καμπύλη κοκκομετρικής διαβάθμισης της άμμου Higashi Takezawa. Figure 3. Grain size distribution curve of the Higashi Takezawa landslide. 3. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ Η προσομοίωση έγινε με τον κώδικα PLAXIS και βασίζεται στο προφίλ του Σχήμα 4a. Η εδαφική συμπεριφορά χαρακτηρίζεται από το ελαστο-πλαστικό κριτήριο αστοχίας Mohr Coulomb με μή συζευγμένο νόμο διαρροής. Ο Πιν. παρουσιάζει τις παραμέτρους που χρησιμοποιήθηκαν κατά την προσομοίωση. Η στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα ορίστηκε βάσει των παρατηρήσεων των Sassa et al. (25), ενώ οι γεωτεχνικές παράμετροι των υλικών εκτιμήθηκαν εμπειρικά. Οι τιμές των παραμέτρων αυτών πάντως δεν επηρεάζουν την ανάλυση. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 3/5-2/6/26 3

4 School Assumed Marine Water table Sand y Sand Previous Landslide Siltstone του χρόνου από στην βάση της ζώνης έως u στην κορυφή. Διατμητική ζώνη ' σ n (t) τ (t) υ(t) 5 x Imokawa River Assumed weathered silt layer d b u(t) p(t), B p (t) FS = 2.5 x 8 FS =.9 Σχήμα 4. (α) Εδαφικό προφίλ και παραμορφωμένος κάνναβος για θεώρηση της διεπιφάνειας ολίσθησης (β) στην άμμο και (γ) στην ιλύ. Figure 4. (a) Geotechnical profile and deformed mesh when the failure surface is formed within (b) the sand and (c) the silt. Εξετάστηκαν δύο πιθανές θέσεις της επιφάνειας αστοχίας: (α) εντός του αμμώδους υλικού και (β) εντός του υποκειμένου ιλυολίθου. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης (Σχ. 4b, 4c) δείχνουν ότι το πρανές είναι ευσταθές με συμβατικές θεωρήσεις κρισιμότερη πάντως αποδεικνύεται η περίπτωση η επιφάνεια ολίσθησης να βρίσκεται επί του ιλυολίθου (FS.9 έναντι 2.5 για την περίπτωση κατά την οποία η επιφάνεια σχηματίζεται στην άμμο. 4. ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΡΕΥΣΤΟ- ΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΩ ΘΡΑΥΣΗΣ ΚΟΚΚΩΝ Eνα νέο καταστατικό προσομοίωμα για την ρευστοποίηση λόγω θραύσης κόκκων, αναπτύχθηκε πρόσφατα από τον πρώτο των συγγραφέων (Gerolymos 25). Θεωρώντας μια απειρομήκη ζώνη διάτμησης, πάχους d b (Σχ. 5) κορεσμένη ή μη, η μέθοδος λαμβάνει υπόψη την υπερπίεση πόρων p, το δυναμικό θραύσης BBp, και την σχετική μετακίνηση κορυφής βάσης.η πίεση του ύδατος των πόρων θεωρείται συνάρτηση του χρόνου t και της θέσης z, ενώ ο ρυθμός θραύσης των κόκκων είναι μόνον συνάρτηση του χρόνου. Ομοίως η μετακίνηση μεταβάλλεται συναρτήσει Σχήμα 5. Ορισμός του προσομοιώματος. Figure 5. Model definition. 4. Συμπεριφορά σε διάτμηση Υιοθετώντας το νεο-αναπτυχθέν καταστατικό προσομοίωμα των Gerolymos and Gazetas (24), η σχέση διατμητικής τάσης παραμόρφωσης εντός της διατμητικής ζώνης είναι: τ = τ y ζ () όπου, τ y η μέγιστη διατμητική αντοχή η οποία είναι συνάρτηση του χρόνου και ζ = ζ(t) αδιάστατη παράμετρος η οποία καθορίζει την μη-γραμμική εδαφική συμπεριφορά. Η παράμετρος τ y εκφράζεται ως: τ y = μ σ n (2) όπου ο συντελεστής τριβής μ, εκφράζεται συναρτήσει της γωνίας τριβής ως: μ = tan ϕ (3) και σ n = σ n p (4) όπου σ n η αρχική ενεργός ορθή τάση και p η υπερπίεση πόρων λόγω θραύσης των κόκκων. 4.2 Υδατικές υπερπιέσεις λόγω θραύσης κόκκων Θεωρώντας ότι η βίαη κατολίσθηση είναι ραγδαίο φαινόμενο και επομένως συμβαίνει υπό αστράγγιστες συνθήκες, ο μηχανισμός της ανάπτυξης υδατικών υπερπιέσεων πόρων λόγω θραύσης κόκκων περιγράφεται από την σχέση (Gerolymos, 25): p B p = λ σ n (5) t t όπου BBp η τρέχουσα τιμή του δυναμικού θραύσης, και λ η παράμετρος που καθορίζει την ανάπτυξη υδατικής υπερπίεσης λόγω θραύσης των κόκκων. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 3/5-2/6/26 4

5 4.3 Υπολογισμός της θραύσης των κόκκων λόγω διάτμησης pb Η μεταβολή της παραμέτρου BBp με τον χρόνο καθορίζεται σύμφωνα με την σχέση (Gerolymos, 25): db p = ξ ( B pl B p ) dt (6) όπου ξ η παράμετρος που καθορίζει τον ρυθμό της θραύσης, και BBpl το τελικό (μετά την θράυση) δυναμικό θραύσης : B p B pl = n + S b (7) όπου S παράμετρος που εξαρτάται από την τασική όδευση, και BBp η αρχική (πρό της θραύσης) τιμή της B (Hardin, 985). Ο ορισμός της παραμέτρου BBp απεικονίζεται σχηματικά στο Σχήμα 5 Η παράμετρος n b ορίζεται ως ο αριθμός θραύσης: n b = 2 h ( + e ) ns +.3 (8) όπου h και n s η σκληρότητα και η παράμετρος σχήματος των κόκκων και e η αρχική τιμή του δείκτη κενών. ) Διερχόμενο κατά βάρος (%) Ιλύς )Ιλύς B p Μετά τη φόρτιση Μετά τη φόρτιση Πριν τη φόρτιση Πριν τη φόρτιση Εξέλιξη κοκκομετρικής καμπύλης με τη φόρτιση..74. Διάμετρος κόκκου D (mm) Σχήμα 5. Ορισμός του δυναμικού θραύσης ως δείκτη της εξέλιξης της κοκκομετρικής καμπύλης με την φόρτιση. Figure 5. Definition of the breakage potential as index of the evolution of the grain size distribution curve. Η παράμετρος φόρτισης S σε ανακυκλική απλή διάτμηση δίνεται ως: + e σ n 3 S = 9 ( μ ζ ) (9) 2 8 h pa Οι σχέσεις (), (3), (4), και (6) αποτελούν ένα σύστημα εντόνως μη-γραμμικών μερικών διαφορικών εξισώσεων με 4 αγνώστους: την υπερπίεση πόρων p, το δυναμικό θραύσης BBp, την υστερητική παράμετρο ζ, και την μετακίνηση u. 5. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΑΠΛΗΣ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ Οι Sassa et al. (25) εκτέλεσαν πειράματα αστράγγιστης δακτυλιωτής ανακυκλικής διάτμησης σε δείγματα άμμου από την περιοχή της Higashi Takezawa. Το δείγμα υποβλήθηκε σε αρχική τάση στερεοποίησης σ n =.43 MPa, και υποβλήθηκε σε αρχική διατμητική τάση τ =.23 MPa, υπό στραγγιζόμενες συνθήκες ενώ εν συνεχεία υποβλήθηκε σε ημιτονοειδή ανακυκλική διάτμηση συχνότητας Hz με μέγιστη ταχύτητα υ =. m/s, υπό αστράγγιστες συνθήκες. Η επιβολή της τάσης συνεχίστηκε για 5 κύκλους προκειμένου να διασφαλιστεί η αστοχία, η δε ορθή τάση διατηρήθηκε σταθερή κατά την διάρκεια του πειράματος. Ο συντελεστής υδατικών υπερπιέσεων πόρων στο τέλος της δοκιμής μετρήθηκε ίσος με BBD =.98, υποδεικνύοντας πλήρη κορεσμό. Η ενεργός γωνία τριβής ήταν ο ϕ = 36.9 και ο μέγιστος λόγος υδατικών υπερπιέσεων max(ru) = p/ σ n =.92, ο οποίος αναπτύχθηκε στο τέλος της φόρτισης σε μετακίνηση. m. Διατμητική αντίσταση (MPa Ενεργός κατακόρυφη τάση (MPa) Σχήμα 6. Υπολογισθείσα διατμητική αντίσταση συναρτήσει της κατακόρυφης ενεργούς τάσης σε δακτυλιωτή διάτμηση, με το αναπτυχθέν προσομοίωμα. Η φόρτιση απεικονίζεται με γκρί γραμμή. Figure 6. Shear resistance as a function of the effective normal stress in cyclic ring shear test, computed with the proposed model. Shear loading is plotted with grey line. Με βάση το πείραμα, βαθμονομήθηκαν οι τιμές των παραμέτρων του προσομοιώματος που περιγράφηκε στα προηγούμενα. Τα αποτελέσματα της αναπαραγωγής του 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 3/5-2/6/26 5

6 πειράματος με χρήση του προσομοιώματος φαίνονται στα Σχήματα 6 και 7 όπου συγκρίνονται με τις πειραματικές μετρήσεις. Παρατηρείται ότι το καταστατικό προσομοίωμα προβλέπει με ακρίβεια τις πειραματικές μετρήσεις. Λόγος υδατικής υπερπίεσης r u ) Μετακίνηση (m) Σχήμα 7. Εξέλιξη με τον χρόνο του λόγου υδατικών υπερπιέσεων και της μετακίνησης σε δοκιμή δακτυλιωτής διάτμησης. Σύγκριση των πειραματικών μετρήσεων (γκρί σημεία) με την πρόβλεψη του αναπτυχθέντος προσομοιώματος. Figure 7. Evolution with time of the pore pressure ratio and the displacement during the cyclic ring shear test. Comparison of experimental data (grey points) with the prediction of the model (solid black line). 6. ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΗΣ HIGASHI TAKEZAWA Έχοντας βαθμονομήσει τις απαιτούμενες παραμέτρους, ο καταστατικός νόμος συμπεριφοράς εφαρμόζεται για την ανάλυση της κατολίσθησης σε προσομοίωμα τύπου ολισθαίνοντος πρίσματος: η ολισθαίνουσα μάζα της άμμου θεωρείται ως άκαμπτο στερεό επί κεκλιμένου επιπέδου. Ως προς την διεπιφάνεια ολίσθησης εξετάστηκαν 3 σενάρια: (α) αμμώδες υλικό μή υποκείμενο σε ρευστοποίηση λόγω θραύσης κόκκων (β) ιλυώδες υλικό και (γ) αμμώδες υλικό επιρρεπές σε ρευστοποίηση λόγω θραύσης κόκκων. Μόνον με θεώρηση της ρευστοποίησης λόγω θραύσης κόκκων είναι δυνατόν να προβλεφθούν οι παρατηρηθείσες μετακινήσεις. Η εξίσωση της κίνησης για την περίπτωση του ολισθαίνοντος πρίσματος είναι: ( u u ) + mg( μ ζ cos θ sinθ ) S = m () + g a w όπου m η μάζα του ολισθαίνοντος πρίσματος, u u g η επιτάχυνσή του, η σεισμική επιτάχυνση η οποία επιβάλλεται στην βάση, g η επιτάχυνση της βαρύτητας, μα ( = μ( r u )) ο ενεργός συντελεστής τριβής της διεπιφάνειας θ η κλίση του πρανούς και ζ η υστερητική παράμετρος όπως ορίστηκε στην Εξ. () και S w η συνισταμένη των δυνάμεων διήθησης. Ως επιταχυνσιογράφημα στην βάση χρησιμοποιείται η παρακείμενη καταγραφή NIG9 με PGA=.3 g. Το σύστημα των μή γραμμικών διαφορικών εξισώσεων που υπεισέρχονται στην εξίσωση κίνησης λύνεται αριθμητικά για τις τιμές των παραμέτρων που φαίνονται στον Πιν. 2. Στο Σχ. 8 παρουσιάζονται οι υπολογιζόμενες μετακινήσεις για τις περιπτώσεις των σεναρίων (α) και (β) όπως προαναφέρθηκαν. Για τα σενάρια αυτά οι μετακινήσεις δεν ανταποκρίνονται στις μετρήσεις. Μετακίνηση (m) Ιλύς Άμμος m.65 m Σχήμα 8. Εξέλιξη με τον χρόνο της αναπτυσσόμενης μετακίνησης για επιφάνεια ολίσθησης σε άμμο μη επιρρεπή σε ρευστοποίηση λόγω θραύσης κόκκων ή σε ιλύ. Figure 8. Evolution with time of the computed slope displacement for the case of the failure surface being formed in sand not susceptible to sliding surface liquefaction or in silt. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 3/5-2/6/26 6

7 5 2 Επιτάχυνση (m / s 2 ) o a Ταχύτητα (m / s)o b Λόγος υδατικής υπερπίεσης r u o c Μετακίνηση (m) d Σχήμα 9 (α) Χρονοϊστορίες επιταχύνσεων στην βάση (γκρί γραμμή) και στην ολισθαίνουσα μάζα. (b) Εξέλιξη με τον χρόνο του λόγου υδατικών υπερπιέσεων. (c) Εξέλιξη με τον χρόνο της ταχύτητας της κατολίσθησης. (d) Εξέλιξη με τον χρόνο της μετακίνησης της ολισθαίνουσας μάζας. Figure 9. (a) Acceleration time histories on the base (grey line) and within the sliding mass (black line). (b) evolution with time of the pore pressure ratio. (c) Evolution with time of the landslide velocity. (d) Evolution with time of the landslide displacement. Το Σχ. 9α απεικονίζει την χρονοϊστορία της απόκρισης της ολισθαίνουσας μάζας σε σύγκριση με την επιβαλλόμενη στην βάση, για την περίπτωση του τρίτου σεναρίου (επιφάνεια ολίσθησης από αμμώδες υλικό επιρρεπές σε ρευστοποίηση λόγω θραύσης κόκκων). Παρατηρείται ότι η επιτάχυνση σύντομα αγγίζει τα 3.3 m/s 2 (= gsinθ) για t = 3 s. Στο Σχ. 9c διαφαίνεται ότι ο λόγος των υδατικών υπερπιέσεων τείνει στην τιμή r u =.92 σε συμφωνία με τους Sassa et al. (25a). Στα Σχ.9 b και d παρουσιάζεται η εξέλιξη της ταχύτητας και της μετακίνησης αντιστοίχως. Παρατηρείται ότι η ταχύτητα της ολίσθησης αυξάνεται δραματικά και σε χρόνο t = s μετά το έναυσμα της κατολίσθησης φτάνει την τιμή v = 2 m/s με αποτέλεσμα την ανάπτυξη τεραστίων μετακινήσεων. 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Αναπτύσσεται ένα νέο καταστατικό προσομοίωμα για την μελέτη (α) του εναύσμα- τος και της διάδοσης της καταστροφικής κατολίσθησης Higashi Takezawa λόγω της σεισμικής δόνησης και (β) της χαλάρωσης του υλικού στην ζώνη διατμήσεως η οποία ευθύνεται για την επιτάχυνση της κατολίσθησης. Για τον σκοπό αυτόν προτείνεται η προσομοίωση της αστοχίας συνδυάζοντας την κλασική θεώρηση τύπου Newmark (965) με τις μηχανικές συσχετίσεις: (a) κριτήριο αστοχίας Mohr Coulomb, (b) προσομοίωμα τύπου Bouc Wen για την υστερητική σχέση τάσεων παραμορφώσεων και (γ) αύξηση των υδατικών υπερπιέσεων κατά την ολίσθηση λόγω της θραύσης των κόκκων της άμμου. Η βαθμονόμηση της μεθόδου επιτυγχάνεται μέσω της επιτυχούς προσομοίωσης δοκιμών δακτυλιωτής διάτμησης σε υλικό από την περιοχή της κατολίσθησης (Sassa et al., 25a). Το προσομοίωμα προβλέπει με επιτυχία τις μετακινήσεις των m που εκδηλώθηκαν στην κατολίσθηση Higashi Takezawa. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 3/5-2/6/26 7

8 Πίνακας. Εδαφικές Ιδιότητες για την ανάλυση της ευστάθειας πρανούς Table. Soil Properties for the slope stability analysis Τύπος φ ( o ) ψ ( o Ε ) s Εδάφους (MPa) Άμμος Ιλύς Ποτάμια άμμος Ιλυόλιθος v s Ελαστική Συμπεριφορά 3.2 Πίνακας 2. Παράμετροι προσομοιώματος για την ανάλυση της κατολίσθησης Table 2 Input parameters for the analysis of the landslide n b.5 u y -3 m λ 25 ξ.5 BBp.34 h 2.4 e.7 n s 25 σ n.43 MPa μ.75 θ 2 ο 8. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρουσιαζόμενη έρευνα εκτελέστηκε στα πλαίσια των προγραμμάτων: (α) ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ (ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ), και (β) LESSLOSS, Aρ. συμβ: GOCE-CT ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ Gerolymos, N., Gazetas, G. (24), Constitutive Model for -D Cyclic Soil Behavior Applied to Seismic Analysis of Layered Deposits. Soils and Foundations, Vol 45(3), pp Gerolymos, N. (25), Grain crushing induced liquefaction application to Nikawa landslide. Landslides (submitted for possible publication). Gerolymos, N., Vardoulakis, I., Gazetas, G. (25), A thermo-poro-viscoplastic shear band model for triggering and evolution of catastrophic landslides. Soils and Foundations (accepted for publication). Hardin, B. (985), Crushing of Soil Particles. Journal of Geotechnical Engineering Div., ASCE, Vol. (), pp Kokusho, T., Ishizawa, T. (25), Energy approach to slope failures and a case study during 24 Niigata ken Chuetsu earthquake. Proc. of Geotech. Earthquake Engrg. Satellite Conference Osaka, Japan, September 25, ISSMGE: Sassa, K., Fukuoka, H., Wang, F., Wang, G. (25a), Dynamic properties of earthquakeinduced large-scale rapid landslides within past landslide masses. Landslides, Vol. 2, pp Sassa, K. (25b), Landslide disasters triggered by the 24 Mid-Niigata Prefecture earthquake in Japan. Landslides Vol. 2, pp Sassa, K., Fukuoka, H., Wang, G., Ishikawa, N. (24), Undrained dynamic loading ring shear apparatus and its application to landslide dynamics. Landslides, Vol., pp Sassa, K., Fukuoka, H., Scarascia-Mugnozza, G., Evans, S. (996), Earthquake induced Landslides: distribution, motion and mechanisms. Special Issue of Soils and Foundations, Japanese Geotechnical Society, pp Sassa, K. (995), Keynote lecture: Access to the dynamics of landslides during earthquakes by a new cyclic loading highspeed ring shear apparatus. Proc. 6 th Intern. Symposium on Landslides 992, In Landslides, Balkema 3: pp Sassa, K. (994) Development of a new cyclic loading ring shear apparatus to study earthquake induced landslides. Report for Grant-in-Aid for Development Scientiffic Research by the Ministry on Education, Science and Culture, Japan (Project No ), pp. -6. Sato, H. P., Sekiguchi, T., Kojiroi, R., Suzuki, Y., Iida, M. (25), Overlaying landslides distribution on the earthquake source, geological and topographical data: the Mid Niigata prefecture earthquake in 24, Japan. Landslides, Vol. 2, pp Tsukamoto, Y., Ishihara, K. (25), Residual strength of soils involved in earthquake induced landslides. Proceedings of Geotechnical Earthquake Engineering Satellite Conference Osaka, Japan, September 25, ISSMGE, pp ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 3/5-2/6/26 8