Μικροζωνικές Μελέτες. Κεφάλαιο 24. Ε.Σώκος Εργαστήριο Σεισμολογίας Παν.Πατρών

Transcript

1 Μικροζωνικές Μελέτες Κεφάλαιο 24 Ε.Σώκος Εργαστήριο Σεισμολογίας Παν.Πατρών

2 Ορισμός Με τον όρο μικροζωνική μελέτη εννοούμε την εκτίμηση των αναμενόμενων εδαφικών κινήσεων σε μία περιοχή λαμβάνοντας υπ όψη το σεισμικό περιβάλλον και δίνοντας έμφαση στην επίδραση των τοπικών γεωλογικών και εδαφοτεχνικών συνθηκών

3 Περιεχόμενα ενότητας Δυναμικές ιδιότητες των εδαφών Υπολογισμός με γεωφυσικές μεθόδους Υπολογισμός με εργαστηριακές δοκιμές Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Μονοδιάστατη 2Δ και 3Δ Επίδραση εδαφικών συνθηκών στις κινήσεις σχεδιασμού Ρευστοποίηση Μικροδονήσεις Σεισμικά σενάρια

4 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Δυναμικές ιδιότητες των εδαφών Γεωφυσικές Εργαστηριακές δοκιμές Διάθλαση, ανάκλαση, τομογραφία, cross-hole, κλπ Στήλη συντονισμού, τριαξονική, μονοαξονική, διάτμηση, κλπ.

5 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Δυναμική συμπεριφορά του εδάφους Μικρές παραμορφώσεις - Ελαστική Μεγάλες παραμορφώσεις Μη ελαστική Μοντέλα Ισοδύναμα γραμμικό Κυκλικό μη γραμμικό Προχωρημένα μοντέλα σύνθεσης

6 Δοκιμές για τον υπολογισμό των δυναμικών ιδιοτήτων

7 Ανάλυση δυναμικής εδαφικής απόκρισης Η τυχαία φόρτιση ενός εδαφικού στοιχείου μπορεί να αναλυθεί σε μια ισότροπη φόρτιση και σε μία αποκλίνουσα η οποία και προκαλεί διατμητικές τάσεις παραμορφώσεις.

8 Ανάλυση δυναμικής εδαφικής απόκρισης Η δυναμική φόρτιση ακολουθεί κύκλους φόρτισης αποφόρτισης (ανακυκλιζόμενη), είναι ταχεία (μεταβολή τάσεως σε τάξη sec), είναι τυχαία και περιέχει ευρύ φάσμα συχνοτήτων γίνεται υπό αστράγγιστες συνθήκες ελέγχεται από την παραμόρφωση πολλές φορές οι παραμορφώσεις είναι αρκετά μεγάλες..

9 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης (βρόχος υστέρησης) Σημαντικότερες παράμετροι μέτρο διάτμησης, shear modulus λόγος απόσβεσης, damping ratio

10 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Μεταβολή των εδαφικών ιδιοτήτων σε σχέση με την εδαφική παραμόρφωση και αντίστοιχα μοντέλα συμπεριφοράς.

11 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Χαμηλές παραμορφώσεις (10-6 < γ < 10-5 ) ελαστική συμπεριφορά ανεξάρτητα από τη συχνότητα και τους κύκλους φόρτισης. Η σεισμική συμπεριφορά εξαρτάται από το μέγιστο μέτρο διάτμησης, G max =ρv s 2 Ο λόγος απόσβεσης είναι πολύ μικρός της τάξης του 0.03.

12 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Μέσες παραμορφώσεις (10-5 < γ < 10-3 ) παρουσιάζεται υστερητική συμπεριφορά (βισκοελαστική) και τα G και ξ εξαρτώνται από το γ. Η συμπεριφορά είναι ανεξάρτητη από την συχνότητα αλλά οι κύκλοι φόρτισης μπορεί να επιδράσουν ιδιαίτερα στις μαλακές αργίλους και στις κορεσμένες άμμους. Μεγάλες παραμορφώσεις (γ>10-3 ) μη γραμμική ανελαστική συμπεριφορά. Ο αριθμός των κύκλων φόρτισης έχει μεγάλη σημασία ενώ η συχνότητα φόρτισης έχει αμελητέα επίδραση.

13 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Ισοδύναμα γραμμικά μοντέλα - Μέσες παραμορφώσεις Βρόχος υστέρησης κλίση και εύρος G tan εφαπτομενικό μέτρο διάτμησης G sec τέμνον μέτρο διάτμησης (G sec =τ c /γ c ) Gmax μέγιστο μέτρο διάτμησης (εφαπτομενικό για μικρές παραμορφώσεις ξ = Υστερητική απόσβεση έχει σχέση με το «εύρος»του βρόχου υστέρησης και δίνεται από τον τύπο ΔΕ ξ = 1 4 ΔΕ Ε 1 2 ΔΕ 2 4πΕ π π Gγ α ΔΕ ενέργεια σε κάθε κύκλο, Ε ελαστική ενέργεια 1/2Gγα 2 =

14 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Με την αύξηση των κύκλων φόρτισης δημιουργούνται διαφορετικοί βρόγχοι υστέρησης. Το G ελαττώνεται από κύκλο σε κύκλο ενώ το εμβαδόν του βρόγχου ΔΕ αυξάνεται και η ελαστική ενέργεια Ε μειώνεται, σαν αποτέλεσμα ο λόγος απόσβεσης ξ αυξάνεται.

15 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Η δυσκαμψία των εδαφών εξαρτάται (εκτός της παραμόρφωσης) και από : Μέση ενεργό τάση Λόγο κενών Λόγο υπερστερεοποίησης (OCR) για τις αργίλους Το δείκτη πλαστικότητας Τον αριθμό των κύκλων φόρτισης

16 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης

17 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης

18 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης

19 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Παραδοχές: Παράλληλα στρώματα και ομοιογενή Τα σεισμικά κύματα διαδίδονται κάθετα από το υπόβαθρο και είναι κυρίως SH

20 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης Συνάρτηση μεταφοράς : Ο λόγος των πλατών των μετατοπίσεων ανάμεσα σε δύο σημεία της εδαφικής στήλης (συνήθως ανάμεσα στην επιφάνεια και στο σεισμικό υπόβαθρο) Συνάρτηση ενίσχυσης : Το μέτρο της συνάρτησης μεταφοράς

21 Ανάλυση εδαφικής απόκρισης

22 Υπολογισμός της συνάρτησης μεταφοράς Περίπτωση Ι (Ομοιογενές εδαφικό στρώμα πάνω σε άκαμπτο υπόβαθρο) k- κυματάριθμος (k=ω/vs) Συνάρτηση ενίσχυσης

23 Υπολογισμός της συνάρτησης μεταφοράς k=ω/vs) F 1 ( ω) = 1 cos( ωh / v ) s πvs 2π 4Η ω = ω = Τ= H Τ V 2 s

24 Υπολογισμός της συνάρτησης μεταφοράς Περίπτωση ΙI (Ομοιογενές εδαφικό στρώμα (με απόσβεση) πάνω σε άκαμπτο υπόβαθρο)

25 Ισοδύναμη γραμμική μέθοδος της μη γραμμικής απόκρισης Πολλά παράλληλα ομοιογενή στρώματα πάνω σε ελαστικό υπόβαθρο

26 Ισοδύναμη γραμμική μέθοδος της μη γραμμικής απόκρισης

27 Συμπεράσματα - Περίληψη Η ανάλυση της απόκρισης των εδαφικών σχηματισμών καθώς και των κατασκευών κατά την διάρκεια της σεισμικής εδαφικής κίνησης είναι το πιο σημαντικό κομμάτι της Τεχνικής Σεισμολογίας. Συνήθως τα προβλήματα χωρίζονται σε κατηγορίες για τις οποίες 1Δ, 2Δ ή και 3Δ αναλύσεις είναι πιο κατάλληλες. Η ανάλυση της εδαφικής απόκρισης γίνεται συνήθως είτε με την ισοδύναμη γραμμική μέθοδο είτε με μη γραμμική ανάλυση. Η ισοδύναμη γραμμική μέθοδος είναι γραμμική μέθοδος στην οποία το μέτρο διάτμησης και ο συντελεστής απόσβεσης προσαρμόζονται ώστε να είναι οι τιμές τους συμβατές με τις παραμορφώσεις στην εδαφική στήλη.

28 Συμπεράσματα - Περίληψη Η μη γραμμική μέθοδος λαμβάνει υπ όψη της τη μη γραμμικότητα του εδάφους κατά την διάρκεια της σεισμικής φόρτισης και χρησιμοποιεί κατάλληλα μαθηματικά εργαλεία (πεπερασμένες διαφορές ή πεπερασμένα στοιχεία) για την επίλυση των μη γραμμικών εξισώσεων Η μονοδιάστατη ανάλυση υποθέτει ότι η επιφάνεια του εδάφους καθώς και όλοι οι εδαφικοί ορίζοντες κάτω απ αυτή είναι οριζόντιοι και εκτείνονται πλευρικά σε άπειρη απόσταση. Η ισοδύναμη γραμμική μέθοδος χρησιμοποιεί την συνάρτηση μεταφοράς για να συσχετίσει παραμέτρους όπως η επιτάχυνση στην επιφάνεια της εδαφικής στήλης, με την επιτάχυνση στο σεισμικό υπόβαθρο. Η συνάρτηση μεταφοράς επηρεάζεται από παράγοντες όπως το πάχος των ιζημάτων, και τις δυναμικές τους παραμέτρους (G,ξ)

29 Εδαφική απόκριση - Παραδείγματα

30 Εδαφική απόκριση - Παραδείγματα

31 Εδαφική απόκριση - Παραδείγματα

32 Εδαφική απόκριση - Παραδείγματα

33 Μικροδονήσεις - Μicrotremors

34 Μικροδονήσεις - Μicrotremors

35 Μικροδονήσεις - Μicrotremors

36 Μικροδονήσεις - Μicrotremors Υπολογισμός του λόγου του φάσματος της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα. Αποτελεί εκτίμηση της επίδρασης των τοπικών εδαφικών συνθηκών.