,

Transcript

1 ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ Συνέδριο για την επιστηµονική έρευνα στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο 5-8 Ιουλίου 27, Πλωµάρι Λέσβου Η ΕΠΙΡΡΟΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΡΑΣΗΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΥΕΤΟΥ ΣΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΩΝ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ. ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΜΕ ΜΕΘΟ ΟΥΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Σακελλαρίου Μιχαήλ *, Φερεντίνου Μαρία, Χαραλάµπους Στέφανος, Ματζιάρης Βασίλειος, * Καθηγητής Ε.Μ.Π. Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφου , mgsakel@mail.ntua.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Τα τελευταία χρόνια, στο πεδίο του προσδιορισµού της εκτίµησης του κινδύνου κατολισθήσεων αν και υπάρχει συσσωρευµένη εµπειρία, η γνώση, δεν είναι ενιαία και ολοκληρωµένη. Συνεπώς οι κατολισθήσεις και τα φαινόµενα αστάθειας σε φυσικά ή τεχνητά πρανή εξακολουθούν να είναι ένα τεχνικογεωλογικό πρόβληµα προς επίλυση. Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να παρουσιάσει µια µεθοδολογία η οποία περιλαµβάνει µια οµάδα εργαλείων τα οποία αναπτύχθηκαν για τον προσδιορισµό του πιθανού κινδύνου έναντι κατολίσθησης. Πρόκειται για µια γενικευµένη και ολιστική προσέγγιση, η οποία δέχεται διαφορετικούς τύπους δεδοµένων εισόδου και εφαρµόζεται για διαφορετικούς µηχανισµούς αστοχίας. Οι κρίσιµες παράµετροι οι οποίες εµπλέκονται στο µοντέλο ιεραρχούνται ορθολογικά µέσω υπολογιστικών νευρωνικών δικτύων σύµφωνα µε την επιρροή τους στην εκδήλωση του φαινοµένου. Η ορθή ιεράρχηση των παραµέτρων είναι κρίσιµη για την επιλογή των κατάλληλων µέτρων προστασίας καθώς και την πρόβλεψη µελλοντικών κινήσεων. Λέξεις Κλειδιά: Εκτίµηση κινδύνου κατολισθήσεων, γεωγραφικά συστήµατα πληροφοριών, τεχνητά νευρωνικά δίκτυα. ABSTRACT: In recent years, experience was accumulate in assessing an treating lanslie hazar, though our knowlege still remains fragmentary. Consequently lanslies an relate instability phenomena in natural an manmae slopes remain an engineering geological problem to solve. The scope of the current work is to elineate a methoology, which comprises a set of tools evelope in orer to estimate the potential lanslie hazar. The current approach is a holistic an generic one, which is flexible in various ata input an applicable in many ifferent failure mechanisms. The critical parameters incorporate in the moel can rationally be rate through computational neural networks accoring to their impact in potential lanslies which is crucial in orer to carefully select the appropriate mitigation measures an finally preict future events. Keywors: Lanslie hazar assessment, geographical information systems, artificial neural networks. I. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η αύξηση του πληθυσµού στον πλανήτη καθώς και η συνεχιζόµενη ανάπτυξη και τάση επέκτασης του αστικού και του υπεραστικού ιστού, οδήγησε στην ανάγκη δόµησης ή την κατασκευή τεχνικών έργων ακόµη και σε περιοχές επιρρεπείς σε κατολισθήσεις. Το γεγονός αυτό µε τη σειρά του οδήγησε στην αύξηση των συµβάντων κατολισθήσεων, διεθνώς. Η εκδήλωση των κατολισθήσεων αποτελεί ένα σοβαρό περιορισµό στην οικονοµική ανάπτυξη των αναπτυσσόµενων και ανεπτυγµένων χωρών. Ο προσδιορισµός του κινδύνου των κατολισθήσεων µε απώτερο σκοπό την σωστή διαχείριση, αποτελεί ένα πεδίο µε µεγάλο ενδιαφέρον για τις επιστήµες της γης, τη γεωτεχνική µηχανική αλλά και για τους φορείς οι οποίοι επιφορτίζονται µε την υλοποίηση του περιβαλλοντικού σχεδιασµού. Οι χάρτες εκτίµησης επιδεκτικότητας σε κατολισθήσεις απορρέουν µετά από βαθιά γνώση της συγκεκριµένης περιοχής έρευνας, των κινήσεων των πρανών και των παραγόντων που τις δηµιουργούν. Στην παρούσα εργασία, εξετάζονται παράγοντες οι οποίοι ενσωµατώνονται στο µοντέλο, ποιοτικοί και ποσοτικοί, υπεύθυνοι για τον προσδιορισµό του κινδύνου έναντι κατολίσθησης, στα πλαίσια µιας ολιστικής προσέγγισης φαινοµένων αστάθειας. Εξετάζεται η κυριαρχία και η ένταση αλληλεπίδρασης των παραγόντων µε το σύστηµα «πρανές σε ισορροπία» - «κατολίσθηση», µέσω υπολογιστικών µονάδων των τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Προσδιορίστηκε µε τρόπο αντικειµενικό και ορθολογικό η επιρροή των παραµέτρων στο σύστηµα «πρανές σε ισορροπία» - «κατολίσθηση». Η µεθοδολογία αυτή καθώς αφορά στην επίλυση ενός προβλήµατος χωρικής ανάλυσης αναπτύσσεται και υλοποιείται σε περιβάλλον γεωγραφικών συστηµάτων πληροφοριών. II. ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΚΙΝ ΥΝΟΥ Η ζωνοποίηση έναντι πιθανών κινδύνων κατολισθήσεων απαιτεί λεπτοµερή γνώση των διαδικασιών οι οποίες είναι ενεργές σε κάθε περιοχή µελέτης και των παραγόντων οι οποίοι οδηγούν στην εκδήλωση των συγκεκριµένων καταστροφικών φαινοµένων. A. Μοντέλο εκτίµησης κινδύνου µέσω ποιοτικών παραµέτρων

2 Το µοντέλο το οποίο προτείνεται για την εκτίµηση του κινδύνου θα µπορούσε να χαρακτηριστεί ως «black box moel», γιατί υλοποιεί αλγόριθµους τεχνητών νευρωνικών δικτύων, είναι όµως δυνατό να ενταχθεί και στην κατηγορία των ποιοτικών µεθόδων δηµιουργία χαρτών εκτίµησης κινδύνου κατολισθήσεων οι οποίοι στην βιβλιογραφία είναι γνωστοί ως χάρτες σύνθεσης δεικτών παραµετρικών χαρτών [1]. Ο παραγόµενος χάρτης εκτίµησης κινδύνου κατολισθήσεων προκύπτει ως αποτέλεσµα της πράξης υπέρθεσης επιµέρους παραµετρικών χαρτών (ένας χάρτης για κάθε παράµετρο που εξετάζεται θεµατικό επίπεδο) πολλαπλασιασµένων µε τα αντίστοιχα σταθµισµένα βάρη (δείκτες) για την υπό εξέταση παράµετρο. Στο µοντέλο το οποίο περιγράφεται ο κάθε παραµετρικός χάρτης πολλαπλασιάζεται µε ένα σταθµισµένο βάρος το οποίο προκύπτει µετά από εκπαίδευση τεχνητών νευρωνικών δικτύων και εφαρµογής µεθόδων εξερευνητικής ανάλυσης, µε την υλοποίηση του αλγόριθµου Kohonen [2] στο περιβάλλον του υπολογιστικού εργαλείου SOM Toolbox, [3]. Ειδικότερα το προτεινόµενο µοντέλο συνδυάζει µεθόδους τεχνητών νευρωνικών δικτύων µε το µητρώο αλληλεπίδρασης που προτάθηκε από τον Huson [4] για την απόδοση βαρών στις εµπλεκόµενες παραµέτρους. Μέσω αυτού του µητρώου γίνεται ανάλυση των σχέσεων αιτίου - αποτελέσµατος για το σύστηµα «πρανές σε ισορροπία κατολίσθηση». Όπως είναι γνωστό µία κατολίσθηση σπάνια συνδέεται µε µία και µόνο αιτία. Το µεγάλο εµπόδιο στη µελέτη των κατολισθήσεων είναι η δυσκολία αναγνώρισης όλων των παραγόντων που συντελούν στην εκδήλωση του φαινοµένου, και ο προσδιορισµός των µεταξύ τους σχέσεων. Η προτεινόµενη µεθοδολογία επεξεργάζεται την συνδυασµένη επιρροή όλων των παραγόντων στο σύστηµα και τις µη γραµµικές µεταξύ τους σχέσεις. Ακολουθώντας τα παρακάτω βήµατα επιτυγχάνεται: Προσδιορισµός των παραγόντων οι οποίοι προετοιµάζουν την εκδήλωση της κατολίσθησης καθώς και εκείνων που δίνουν το έναυσµα της κίνησης. Προσδιορισµός των θεµατικών επιπέδων (παραµετρικών χαρτών). Προσδιορισµός του συστήµατος αναφοράς. Λογικός και φυσικός σχεδιασµός της βάσης δεδοµένων, εισαγωγή και επεξεργασία των δεδοµένων εισόδου. Υπέρθεση των θεµατικών επιπέδων σε περιβάλλον γεωγραφικών συστηµάτων πληροφοριών. Εφαρµογή µεθόδων εξερευνητικής ανάλυσης, χρησιµοποιώντας απεικονίσεις αυτοοργάνωσης, υλοποιώντας τον αλγόριθµο Kohonen [4] Προσδιορισµός των βαρών των παραγόντων µε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα και το µητρώο αλληλεπίδρασης, και συγκεκριµένα της κυριαρχία και της αλληλεπίδρασης των παραµέτρων. Παρουσίαση µέσω χαρτών εκτίµησης βαθµού κινδύνου και αξιολόγηση των αποτελεσµάτων, συνεκτιµώντας το τεχνικογεωλογικό προσοµοίωµα της περιοχής µελέτης. Στον (Πίνακα 1) που ακολουθεί παρουσιάζονται οι παράγοντες οι οποίοι εξετάστηκαν για τον προσδιορισµό του κινδύνου σε περιοχή του Ν. Ευρυτανίας. Πίνακας 1 Παράγοντες οι οποίοι διερευνήθηκαν σε σχέση µε την εκδήλωση κατολισθήσεων στην περιοχή έρευνας Α/Α Παράγοντας Λιθολoγία (LIT) Κλίση των στρωµάτων σε σχέση µε τον προσανατολισµό του πρανούς (GM) Κλίση πρανούς (SL) Υψόµετρο (ALT) Τύπος αναγλύφου (REL) Μέσο ετήσιο ύψος βροχής (RAIΝ) Πάχος µανδύα αποσάθρωσης (MANT) 8 Προσανατολισµός του πρανούς (AZI) Βαθµός ανθρωπογενούς παρέµβασης στη 9 βλάστηση (ACT) 1 Μέγιστη σεισµική ένταση (DEN) Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα της εξερευνητικής ανάλυσης προκύπτουν τα παρακάτω συµπεράσµατα: Αναδεικνύονται τρεις συστοιχίες µεταβλητών, η πρώτη εκ των οποίων αφορά στις παραµέτρους ALT- RAΙN, και θα µπορούσε να χαρακτηρισθεί κλιµατική, η δεύτερη αποτελείται από τις παραµέτρους REL- DEN- MANT - και θα µπορούσε να χαρακτηρισθεί ως µορφολογική, και η τρίτη αφορά στις παραµέτρους AZI -GM - SL- LIT, θα µπορούσε χαρακτηρισθεί ως γεωλογική. Στο (Σχήµα 1) που ακολουθεί παρουσιάζεται το αποτέλεσµα της εκπαίδευσης και η οµαδοποίηση των παραµέτρων σε τρεις διακριτές συσσωρεύσεις, µετά την υλοποίηση του αλγόριθµου Kohonen µε το υπολογιστικό εργαλείο SOM Toolbox [5,6]. Όπως προέκυψε από την εκπαίδευση των νευρωνικών δικτύων και την διερεύνηση µέσω του µητρώου αλληλεπίδρασης, οι παράµετροι υψόµετρο, µέσο ετήσιο ύψος βροχής και είδος µορφολογικού αναγλύφου είναι οι πλέον ισχυρές. Η πλέον κυρίαρχη παράµετρος είναι το υψόµετρο, και το µέσο ετήσιο ύψος βροχής, το πάχος του µανδύα αποσάθρωσης και ο βαθµός ανθρωπογενούς επίδρασης στη βλάστηση ενώ η παράµετρος η λιγότερο κυρίαρχη ιεραρχείται η κλίση. Η παράµετρος η οποία έχει την µεγαλύτερη ένταση αλληλεπίδρασης µε το σύστηµα είναι η ανθρωπογενής επίδραση στη βλάστηση. Στα πλαίσια αυτής της θεώρησης µεταξύ των παραµέτρων οι οποίες χαρακτηρίζουν το σύστηµα υπάρχουν δυαδικοί µηχανισµοί αιτίου αποτελέσµατος. Με βάση αυτούς τους µηχανισµούς ιεραρχούνται ως προς την κυριαρχία και την έντασηαλληλεπίδρασης.

3 U-matrix LIT SL GM ALT RAIN REL AZI MANT.311 ACT DEN.264 Labels REL MANT SL DEN e-5 AZI GM ALT LIT RAIN Σχήµα 1 Χάρτης απεικόνισης συσσωρεύσεων των ποιοτικών παραµέτρων για την εκτίµηση του κινδύνου των κατολισθήσεων. Ο χάρτης εκτίµησης κινδύνου όπως προέκυψε για την περιοχή που εξετάσθηκε στον Ν. Ευρυτανίας φαίνεται στο (Σχήµα 2). Μετά από σύγκριση του χάρτη βαθµού κινδύνου και του χάρτη αναγνώρισης κατολισθήσεων µέσω ερµηνείας αεροφωτογραφιών, [7] στην περιοχή µελέτης προέκυψε ότι η πλειοψηφία των τµηµάτων του µορφολογικού αναγλύφου στα οποία εκδηλώθηκαν κατολισθήσεις χαρακτηρίστηκαν από το µοντέλο ως µεσαίου έως υψηλού βαθµού κινδύνου. GR SC CL Vr 6.6 Rv ΧΑΡΤΗΣ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΒΑΘΜΟΥ ΚΙΝ ΥΝΟΥ U-matrix Iv c' Ο αλγόριθµος Kohonen χρησιµοποιείται κυρίως σε προβλήµατα ταξινοµήσεων. Στη συγκεκριµένη εργασία παρουσιάζονται επίσης τα αποτελέσµατα της ταξινόµησης εδαφικών πρανών κορεσµένων εδαφών, φυσικών ή τεχνητών α) ως προς τον µηχανισµό αστοχίας και β) ως προς το καθεστώς ευστάθειας. Επίσης η µέθοδος εφαρµόστηκε στο πεδίο των µη κορεσµένων εδαφών για την κατάταξή τους. Τα δεδοµένα εισαγωγής για τα κορεσµένα εδάφη είναι οι παράµετροι που χρησιµοποιούνται σε αναλύσεις ευστάθειας πρανών και για τα µη κορεσµένα εδάφη οι παράµετροι αντοχής. Τα δεδοµένα έτυχαν επεξεργασίας µε τον αλγόριθµο αυτοοργάνωσης SOM- Kohonen. Η υλοποίηση της συγκεκριµένης µεθοδολογίας οδηγεί επίσης στην εξαγωγή νέας γνώσης µε τρόπο αντικειµενικό και συστηµατικό [8]. Στο σχήµα 3 συνοψίζονται τα αποτελέσµατα της εκπαίδευσης για την ταξινόµηση δειγµάτων µη κορεσµένων εδαφών ως προς την κοκκοµετρία τους. Είναι εµφανής η παρουσία δύο συστοιχιών: α) επικρατεί το κλάσµα της άµµου (SC), β) επικρατεί το κλάσµα της αργίλου (CL) f 3.1 OMC Cmax 39.7 AUSCS SC SC SC SC SC SP SP SC SC SC CL CL CL 24.6 SOM 2-Sep CL CL 91.3 Σχήµα 3 Χάρτης απεικόνισης συσσωρεύσεων των παραµέτρων που περιγράφουν το πρόβληµα της κατάταξης των µη κορεσµένων εδαφών Εχει επίσης αναπτυχθεί µια σειρά εργαλείων για τη εκτίµηση του βαθµού κινδύνου ποσοτικά µέσω της τιµής του συντελεστή ασφαλείας. Το πρόγραµµα Lanslie Hazar Estimation Tool [5,9,1,11], αποτελεί ένα ενιαίο ολοκληρωµένο πρόγραµµα ανεπτυγµένο σε περιβάλλον ArcGIS (Αrc/Info Workstation, ArcMap, AcScene), το οποίο εκτελεί λειτουργίες κατάλληλες για την εκτίµηση του κινδύνου των κατολισθήσεων Γ. Γεωτεχνικό µοντέλο εκτίµησης κινδύνου ΥΠΟΜΝΗΜΑ εκδηλωµένες κατολισθήσεις ΠΟΛΥ ΧΑΜΗΛΟΣ ΧΑΜΗΛΟΣ ΜΕΤΡΙΟΣ ΥΨΗΛΟΣ km ΠΟΛΥ ΥΨΗΛΟΣ. Σχήµα 2 Χάρτης εκτίµησης βαθµού κινδύνου για την περιοχή στο Ν. Ευρυτανίας. Β. Ιεράρχηση των κρίσιµων παραµέτρων και διερεύνηση της τάσης των δεδοµένων για δηµιουργία συσσωρεύσεων. Το ψηφιακό µοντέλο εδάφους της περιοχής τροφοδοτεί το πρόγραµµα για την αναπαράσταση του αναγλύφου. Το τεχνικογεωλογικό προσοµοίωµα της περιοχής ανάλογα µε τα διαθέσιµα στοιχεία και της ανάγκες της εκάστοτε µελέτης αφορά σε στοιχεία για το είδος : Των γεωλογικών σχηµατισµών: Για κάθε γεωλογικό σχηµατισµό πρέπει να προσδιοριστούν οι κρίσιµες παράµετροι αντοχής, οι οποίες επηρεάζουν την ευστάθεια των πρανών. Τέτοιες παράµετροι είναι σε εδαφικά πρανή

4 το ειδικό βάρος, η συνοχή, η γωνία εσωτερικής τριβής και η πίεση νερού των πόρων. Στην περίπτωση υπολογισµού των µόνιµων µετατοπίσεων λόγω σεισµικής φόρτισης απαραίτητες παράµετροι είναι επίσης η κρίσιµη επιτάχυνση του πρανούς και η µέγιστη αναµενόµενη σεισµική επιτάχυνση µιας περιοχής. Τις οικογένειες ασυνεχειών: Στη περίπτωση ύπαρξης ασυνεχειών σε βραχώδεις σχηµατισµούς στη περιοχή έρευνας, προκειµένου για τον έλεγχο αστοχίας µορφής σφήνας απαιτείται η καταγραφή τους, η στατιστική τους επεξεργασίας και η επιλογή των κύριων συστηµάτων για έλεγχο δυνητικών ολισθήσεων. Τα ρήγµατα: Η χαρτογράφηση της επιφανειακής εµφάνισης του ίχνους του ρήγµατος, για τον προσδιορισµό του µήκους. Το χαρακτηρισµό των υδρολογικών συνθηκών που επικρατούν στο πρανές Η διερεύνηση της ευστάθειας πραγµατοποιείται µέσω της εκτίµησης του συντελεστή ασφαλείας ή του καθεστώτος ευστάθειας, και δίνει τις παρακάτω δυνατότητες στο χρήστη: την εκτίµηση του συντελεστή ασφαλείας στα πρανή της περιοχής µελέτης, την εκτίµηση των αναµενόµενων µόνιµων µετατοπίσεων των πρανών της ίδιας περιοχής λόγω ενός σεισµού. Ο συντελεστής ασφαλείας µπορεί να υπολογιστεί µέσω της εµπειρικής σχέσης (1) [12, 13], Sakellariou et al, 26), για κυκλικής µορφής ολίσθηση c' cosecβ r u γ Η και µέσω της σχέσης (2) για επίπεδη µορφής αστοχία tanφ F = (2) tanβ F = ( 1 ) cotβ tanφ ' +. 5 (1) όπου β η γωνία που σχηµατίζει το πρανές µε τον ορίζοντα, Η το ύψος του πρανούς, r u ο λόγος της πίεσης των πόρων, c και φ οι ενεργές τιµές της συνοχής και της γωνίας τριβής του εδάφους αντίστοιχα και γ το ειδικό του βάρος. Εκτιµάται επίσης και µέσω τεχνητών νευρωνικών δικτύων [5]. ίνεται δηλαδή η δυνατότητα στο χρήστη να κάνει εκτίµηση του συντελεστή ασφαλείας ανάλογα µε το φυσικό κάθε φορά πρόβληµα έναντι διαφορετικών µηχανισµών αστοχίας καθώς έχουν αναπτυχθεί µια σειρά εργαλεία για τον έλεγχο και άλλων µηχανισµών αστοχίας εκτός της συνήθους κυκλικής µορφής, όπως επίπεδης, ή σφηνοειδούς ολίσθησης. Ο Χαραλάµπους, [9] ανέπτυξε έναν αλγόριθµο για την υλοποίηση της αναλυτικής µεθόδου [12]. Γ. Προσδιορισµός της τρωτότητας Σύµφωνα µε παρατηρήσεις υπαίθρου σε φυσικά και τεχνητά πρανή µετά την επίδραση κάποιου σεισµικού γεγονότος, σηµειώνονται µόνιµες µετατοπίσεις. Αυτές οι µόνιµες µετατοπίσεις παράγονται λόγω του ότι το υλικό µέσα από το οποίο περνούν οι παλµοί της επιτάχυνσης πριν φτάσουν στην επιφάνεια του εδάφους έχουν µια πεπερασµένη αντοχή. Οι δηµιουργούµενες τάσεις λόγω σεισµικής φόρτισης ξεπερνούν το όριο αντοχής των συγκεκριµένων υλικών και στη συνέχεια λαµβάνει χώρα αστοχία. Έχουν αναπτυχθεί πολλές µέθοδοι για τον προσδιορισµό των αναµενόµενων µετατοπίσεων λόγω ροής σεισµικής ενέργειας. Στο προτεινόµενο µοντέλο εφαρµόστηκε η απλοποιηµένη µέθοδος [15]. Η σεισµική φόρτιση µπορεί να επιφέρει σηµαντικές παραµορφώσεις και µετατοπίσεις, µόνιµες ή µη, στα πρανή. Η εκτίµηση των µόνιµων µετατοπίσεων όπως υλοποιείται από το συγκεκριµένο λογισµικό, λόγω της επίδρασης σεισµικής φόρτισης ακολουθεί το µοντέλο του Newmark [12] και πραγµατοποιείται µέσω των µεθοδολογιών που προτείνονται από τους [16,17] Προαπαιτούµενο για τις διαδικασίες εκτίµησης των µόνιµων µετατοπίσεων αποτελεί η εκτίµηση του συντελεστή ασφαλείας, για το λόγο ότι η κρίσιµη επιτάχυνση του πρανούς, θεµελιώδης παράµετρος για τον υπολογισµό των µετατοπίσεων, µπορεί να υπολογιστεί αν η τιµή του συντελεστή ασφαλείας του πρανούς είναι γνωστή, µέσω της εξίσωσης (3). F 1 k c = (3) tanβ Προτιµάται η µεθοδολογία των [16] η οποία θεωρείται ακριβέστερη για το λόγο ότι οι εκτιµήσεις των µόνιµων µετατοπίσεων εξαρτώνται επιπλέον από το µέγεθος του σεισµού Μ s και από την εστιακή απόσταση r του σεισµού. Χρησιµοποιήθηκαν τα γραφήµατα τα οποία περιγράφουν την εξασθένηση των µόνιµων µετατοπίσεων που προκαλούνται από ένα σεισµό µε επιφανειακό µέγεθος 5., 6. και 7. ως συνάρτηση της εστιακής απόστασης. Για την εκτίµηση των µετατοπίσεων χρησιµοποιήθηκε η εξίσωση (4): k k log( u) 2.41* M r c c s.1* log = + 1 * +. 58p k m k (4) m όπου: u: η µετατόπιση (µέγιστη αθροιστική ολίσθηση προκληθείσα από ένα συγκεκριµένο σεισµικό γεγονός) εξ αιτίας της κίνησης σε µία κατεύθυνση, Μ s: το 2 2 µέγεθος του σεισµού (επιφανειακό µέγεθος), r = + h µε h = εστιακό βάθος και = οριζόντια απόσταση της πηγής (σε km), kc ο λόγος της κρίσιµης επιτάχυνσης k m kc προς τη µέγιστη σεισµική επιτάχυνση σχεδιασµού k m, και p η µεταβλητή που λαµβάνει τιµές βάσει της πιθανότητας υπέρβασης της µόνιµης µετατόπισης (p = για πιθανότητα υπέρβασης 5%).

5 Ο χάρτης του σχήµατος 4 απεικονίζει τον χάρτη εκτίµησης µόνιµων παραµορφώσεων για το σεισµικό σενάριο που αφορά σε σεισµό µεγέθους Μ s = 6.2 µε εστιακό βάθος h = 2 km, προερχόµενο από το ρήγµα του Αιγίου. Οι µέγιστες µετατοπίσεις είναι u 2cm, ο αριθµός των τµηµάτων του µορφολογικού αναγλύφου στα οποία αναµένονται µετατοπίσεις είναι πάρα πολύ µικρός, ενώ για την πλειοψηφία των πρανών οι µετατοπίσεις είναι στα αποδεκτά όρια της τάξης των 5cm. Έτσι το εκτιµούµενο µέγεθος µετακίνησης για ολισθήσεις σε πρανή χρησιµοποιήθηκε ως κριτήριο για τον διαχωρισµό των περιοχών του χάρτη σε επιδεκτικές ή όχι ζώνες. Μία µόνιµη µετατόπιση της τάξης των 5cm έχει επιλεγεί ως συντηρητική βαθµίδα, λιγότερο από την οποία δεν λαµβάνουν χώρα απώλειες και καταστροφές. Τέσσερις κατηγορίες κινδύνου έχουν προσδιοριστεί υψηλός, µέσος, χαµηλός και πολύ χαµηλός. Το ποσοστό της έκτασης για κάθε ζώνη κινδύνου είναι λιγότερο από 3% χαµηλής επιδεκτικότητας ενώ 15% της περιοχής εµφανίζει πιθανότητα υψηλή έως µέση να αστοχήσει στην περίπτωση σεισµικού γεγονότος ανάλογου µε αυτό του σεισµού του Αιγίου.. Προσδιορισµός κινδύνου έναντι βραχοπτώσεων Μέσω της εφαρµογής η οποία αφορά στη τριδιάστατη προσοµοίωση της κίνησης των βραχοτεµαχίων κατά το φαινόµενο των βραχοπτώσεων προσοµοιώνεται πλέον πλήθος καταπτώσεων, και όχι µια µοναδική κατάπτωση, επιτρέπεται η προσθήκη φρακτών και έχουν γίνει βελτιώσεις στο περιβάλλον της εφαρµογής. Τέλος, έχει βελτιωθεί η τριδιάστατη προσοµοίωση (animation) των βραχοπτώσεων, η οποία παρουσιάζει τα βραχοτεµάχια να ξεκινούν την πτώση τους από το σηµείο εκκίνησης (βάσει των αρχικών δεδοµένων), να κινούνται εκτελώντας τα διάφορα είδη κίνησης που ενδεχοµένως θα λάβουν χώρα, στο αντίστοιχό τους χρονικό διάστηµα, και τελικά να σταµατάνε στο τελικό σηµείο της κατάπτωσης [1,11]. Οι καταπτώσεις βραχοτεµαχίων, ή βραχοπτώσεις, αποτελούν µια πολύ συνηθισµένη γεωµορφολογική διαδικασία µε µεγάλο, όµως, βαθµό επικινδυνότητας κυρίως στις ορεινές περιοχές και κατά µήκος τεχνητών πρανών, όπου µπορεί ενδεχοµένως να απειλήσει ανθρώπινες ζωές, συγκοινωνιακά δίκτυα, οικισµούς, εξοπλισµούς και εγκαταστάσεις ΧΑΡΤΗΣ ΜΟΝΙΜΩΝ ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΩΝ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΕΩΝ ΥΠΟΜΝΗΜΑ ΜΟΝΙΜΕΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ u (cm) km Σχήµα 4 Χάρτης εκτίµησης βαθµού κινδύνου για την περιοχή στο Ν. Ευρυτανίας. Είναι η συχνότερη µορφή κατολισθήσεων και η συχνότερη µορφή αστοχίας η οποία προκαλείται λόγω ενός σεισµού στην Ελλάδα. Η εκτίµηση του κίνδυνου και της διακινδύνευσης βραχόπτωσης είναι απαραίτητη τόσο για την εξασφάλιση της ασφάλειας, µε τη λήψη προστατευτικών µέτρων, όσο και για θέµατα χωροθέτησης σε υπό ανάπτυξη ορεινές περιοχές. Παρουσιάζεται ένα τριδιάστατο µοντέλο προσοµοίωσης βραχοπτώσεων ανεπτυγµένο σε περιβάλλον Γεωγραφικών Συστηµάτων Πληροφοριών ΓΣΠ, ως ένα εργαλείο εκτίµησης της επικινδυνότητας µιας περιοχής έναντι βραχοπτώσεων σε τοπική ή ακόµα και σε ευρύτερη κλίµακα. Με τη χρήση των δυνατοτήτων των ΓΣΠ επιτυγχάνεται στοχαστική ανάλυση των βραχοπτώσεων και προσφέρεται τριδιάστατη οπτικοποίηση και προσοµοίωση τους. Με την πραγµατοποίηση εφαρµογών θα αναδειχτεί η χρησιµότητά του ως εργαλείου χωρικής ανάλυσης και σχεδιασµού, που µπορεί να χρησιµοποιηθεί στο στάδιο λήψης αποφάσεων και σχεδιασµού για την κατασκευή ενός οδικού έργου, ακόµα και για την κατασκευή ενός µεγάλου τεχνικού έργου, όπως είναι τα φράγµατα. Στο (Σχήµα 5) που ακολουθεί φαίνεται η τροχιά βραχοτεµαχίου σε κατάπτωση

6 Σχήµα 5 - Προσοµοίωση βραχόπτωσης E. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΛΟΥ Το προτεινόµενο εργαλείο εκτίµησης κινδύνου χρησιµοποιείται για έναν αναγνωριστικό έλεγχο και µια αρχική αξιολόγηση ως προς τον βαθµό κινδύνου. Σε επόµενο στάδιο επιλέγονται τα πρανή τα οποία χαρακτηρίζονται από το µοντέλο ως οριακά σταθερά µε τιµές συντελεστή ασφαλείας 1< FS < 1.25 και σε αυτά γίνεται λεπτοµερέστερη ανάλυση. Οι αναλύσεις έγιναν µε το πρόγραµµα Slie v5. και το Face2 v6. της Rocscience. Χρησιµοποιήθηκε η µέθοδος Bishop για τον προσδιορισµό της κρίσιµης επιφάνειας αλλά και του συντελεστή ασφαλείας. Με το πρόγραµµα Phase2 κατασκευάστηκε το µοντέλο του προβλήµατος, και στην συνέχεια έγινε υπολογισµός των τάσεων και των µετατοπίσεων στους κόµβους του µοντέλου. Τα προβλήµατα ευστάθειας αναλύθηκαν µε την µέθοδο σταδιακής µείωσης της αντοχής. Ο συντελεστής ασφαλείας όπως προσδιορίστηκε µετά τις αναλύσεις ευστάθειας µε την αναλυτική µέθοδο και µε την µέθοδο των πεπερασµένων στοιχείων έδωσε τιµές 1.4 και.96 αντίστοιχα (Σχήµα 7). Τα παραπάνω αποτελέσµατα βρίσκονται σε συµφωνία µε το µοντέλο της εκτίµησης του βαθµού κινδύνου σε επίπεδο αναγνώρισης. Σχήµα 6-Ανάλυση ευστάθειας µε το πρόγραµµα PHASE2. v 6. Σχήµα 7 Ανάλυση µετατοπίσεων µε το πρόγραµµα PHASE2. v 6. III. Η ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ Για την µελέτη της επιρροής της βροχόπτωσης στο συγκεκριµένο πρανές χρησιµοποιήθηκε το συζευγµένο µοντέλο υδρολογίας και ευστάθειας του πρανούς (CHASM,[18]. Το CHASM (Combine Hyrological An Stability Moel) είναι ένα σύνθετο µοντέλο υδρολογίας και ευστάθειας πρανών. Το µοντέλο αυτό αναπτύχθηκε έτσι ώστε να ξεπεραστούν τα όρια των τυπικών µεθόδων ανάλυσης που χρησιµοποιούνται για τη διερεύνηση της ευστάθειας πρανών. Με τη χρήση του προσδιορίζονται οι δυναµικές υδρολογικές συνθήκες για την κατάσταση κορεσµού σε ένα πρανές και µοντελοποιούνται µε χρήση πεπερασµένων διαφορών. Το µοντέλο προσοµοιώνει δυναµικές συνθήκες ευστάθειας, χρονική µεταβολή της τιµής του συντελεστή ασφαλείας, επιτρέποντας τον υπολογισµό του συντελεστή ασφαλείας και των χαρακτηριστικών της επιφάνειας αστοχίας για κάποιο επεισόδιο βροχόπτωσης. Οι παράµετροι οι οποίες είναι απαραίτητες για την λειτουργία του µοντέλου, είναι το καθεστώς εξατµισοδιαπνοής, η ένταση της βροχόπτωσης, η στάθµη του υδροφόρου ορίζοντα, το ύψος του πρανούς, η κλίση, οι παράµετροι αντοχής, η διαπερατότητα, και οι παράµετροι µη κορεσµένων εδαφών όπως η ζώνη των αρνητικών πιέσεων των πόρων, της αποµίζησης, και η γωνία φ b και η χαρακτηριστική καµπύλη µη κορεσµένων εδαφών. Υπολογίστηκε µια αρχική τιµή συντελεστή ασφαλείας Το σενάριο που εξετάστηκε είχε διάρκεια 96 ωρες, διάρκεια βροχόπτωσης 24 ώρες και και ένα διάστηµα ηρεµίας 72 ωρών µετά το πέρας της βροχόπτωσης. ιαπιστώθηκε ότι σε αυτό το χρονικό διάστηµα ο συντελεστής ασφαλείας µειώθηκε σε 1.4. Ο συντελεστής ασφαλείας εξακολουθεί να µειώνεται και µετά το τέλος της βροχόπτωσης λόγω του γεγονότος ότι το νερό της βροχής συνεχίζει να κατεισδύει στο έδαφος προκαλώντας µεταβολή των πιέσεων των πόρων από αρνητικές σε θετικές, µειώνοντας έτσι τη διατµητική αντοχή του εδάφους. Στα σχήµατα (8,9) παρουσιάζονται στο περιβάλλον του CHASM, η οθόνη του προγράµµατος η οποία δέχεται τα διαφορετικά δεδοµένα για τις ανάγκες της ανάλυσης. Στο σχήµα 9 φαίνεται η πιθανή επιφάνεια αστοχίας πριν την έναρξη της βροχόπτωσης.

7 προσέγγιση του καθεστώτος ευστάθειας που επικρατεί σε µια περιοχή. IV. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Το έργο αυτό συγχρηµατοδοτείται από την Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταµείο (75%) και από Εθνικούς πόρους (25%) Επιχειρησιακό Πρόγραµµα Εκπαίδευσης και Αρχικής Επαγγελµατικής Κατάρτισης (ΕΠΕΑΕΚ) και ειδικότερα από το πρόγραµµα ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ. V. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Σχήµα 8 - Σύνολο των παραµέτρων που είναι απαραίτητες για την ανάλυση µε το πρόγραµµα CHASM [1] Visintainer, P., & Turrini, M.C., Carta ella pericolosita i eventi naturally ella Val uron (Trentillo Alto Aige), Geologia Tecnica e Ambientale, 2, 1995 pp Knowlege-Base Systems: Techniques an Applications, Volume 4: Systems an Applications. San Diego, Acaemic Press, 2, pp [2] Kohonen, T., Self-Organizing Map, 2n e., Springer- Verlag, Berlin, 1995,) pp113. [3] Vesanto, J., Ahola, J., Hunting for Correlations in Data using the Self-Organising Map. In es H. Bothe, E. Oja, E. Massa, an C. Haefke. Proc. of the International ICSC Congress on Computational Intelligence Methos an Applications (CIMA 1999). ICSC Acaemic Press, [4] Huson J.A., Rock Engineering systems: Theory an Practice, Horwoo,, 1992 [5] Φερεντίνου, Μ., Εκτίµηση του Κινδύνου των Κατολισθήσεων µε Τεχνητά Νευρωνικά ίκτυα σε Περιβάλλον Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστηµάτων, ιδακτορική ιατριβή, Σχολή Αγρονόµων Τοπογράφων Μηχανικών, Ε.Μ.Π., 24 Σχήµα 9 - Ανάλυση ευστάθειας για το συγκεκριµένο πρανές, SLIDE 5., IV. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην εργασία αυτή παρουσιάστηκαν εργαλεία για την εκτίµηση του κινδύνου κατολισθήσεων, την διερεύνηση της επιρροής των παραµέτρων στην εκδήλωση του φαινοµένου, και την ιεράρχηση αυτών. ιερευνήθηκε η δυνατότητα εφαρµογής των συστηµάτων γεωγραφικών πληροφοριών σε θέµατα ζωνοποίησης επικινδυνότητας και το αποτέλεσµα ήταν ικανοποιητικά. Εξήχθησαν χρήσιµα συµπεράσµατα σχετικά µε τις τιµές των παραγόντων που συµπεριλήφθηκαν στο µοντέλο και αφορούν τις ευπαθείς περιοχές. ιαπιστώθηκε ότι οι περιοχές όπου εντοπίστηκαν κατολισθήσεις είτε µέσω αεροφωτογραφιών είτε από επί τόπου αποτύπωση, έχουν σηµειωθεί στους χάρτες επιδεκτικότητας ως οι πιο επικίνδυνες. Επίσης στα πλαίσια καθώς και λεπτοµερέστερης ανάλυσης, επιλέχθηκαν οριακά σταθερά πρανή για τα οποία διεξήχθησαν αναλύσεις ευστάθειας Τα προτεινόµενα µοντέλα προσδιορισµού του κινδύνου είναι χρήσιµα στο στάδιο του σχεδιασµού και της λήψης αποφάσεων σε µια πρώτη αναγνωριστική [6] Ferentinou M., Sakellariou M.: Assessing lanslie hazar on meium an large scales, using self-organizing maps, in Lanslie Risk Management, Hungr, Fell, Couture an Eberhart (es.), Joint 25 International Conference on Lanslie Risk Management, Annual Vancouver Geotechnical Society Symposium, Taylor & Francis, 25 pp [7] Ζιούρκας, Κ., Κατολισθητικά φαινόµενα στον Ελληνικό χώρο, ιδακτορική ιατριβή, Τµήµα Γεωλογίας, Παν. Πατρών,1989. [8] Φερεντίνου M., Σακελλαρίου Μ., Μελέτη Ευστάθειας Πρανών και Ιεράρχηση των Κρίσιµων Παραµέτρων µέσω του Αλγόριθµου SOM-Kohonen 5ο Παν. Συνέδριο Γεωτεχνικής και Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής. 26 [9] Χαραλάµπους, Σ., Προγραµµατισµός Ελέγχου Αστοχίας Έναντι Σφήνας και Κατάπτωσης Βραχοτεµαχίου σε Περιβάλλον ΓΣΠ, Μεταπτυχιακή Εργασία, ΠΜΣ Γεωπληροφορική, Σχολή Αγρονόµων & Τοπογράφων Μηχανικών, Ε.Μ.Π., Αθήνα 26 [1] Charalambous St., Sakellariou M. "Estimation of Rock Fall Hazar using a GIS-Base Three Dimensional Rock Fall Simulation Moel", Bulletin of the Geological Society of Greece vol. XXXVII, Proceeings of the 11th International Congress, Athens, May, 27 [11] Charalambous St., Sakellariou M. "GIS-Base Hazar Assessment in Support οf Decision making", 11th International Conference of International Society of Rock Mechanics (ISRM), Special Session, Lisbon, July 27.

8 [12] Ferentinou Μ., Sakellariou M., Matziaris V., Charalambous S: "An Introuce Methoology for Estimating Lanslie Hazar for Seismic an Rainfall Inuce Lanslies in a Geographical Information System Environment", 26 ECI Conference on Geohazars, Lillehammer, Norway. [13] Sakellariou M., M. Ferentinou an St. Charalambous (26): "An Integrate Tool for Seismic Inuce Lanslie Hazar Mapping", First European Conference on Earthquake Engineering an Seismology, September 26, Geneva, Switzerlan. [14] Hoek, E. an Bray J.W. Rock Slope engineering, 3r eition, Institution of Mining an Metallurgy, Lonon, [15] Newmark, N.,: Effects of earthquakes, on ams an embankments Geotechinque, vol.15, 1965,pp: [16] Ambraseys, N., & Menu J.,: Earthquake Inuce groun isplacements, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, (1988)vol. 16, [17] Ambraseys, N., & Srbulov, M., (1995): Earthquake inuce isplacements of slopes, Soil Dynamics an Earthquake Engineering, Elsevier, 1988, 14,