Αριθμητική προσομοίωση διάδοσης διάρρηξης ενεργού ρήγματος μέσω ανισοτροπικού εδάφους

Θελερίτη, Παρασκευή; Theleriti, Paraskevi

dc.contributor.author	Θελερίτη, Παρασκευή	el
dc.contributor.author	Theleriti, Paraskevi	en
dc.date.accessioned	2017-06-21T09:07:50Z
dc.date.available	2017-06-21T09:07:50Z
dc.date.issued	2017-06-21
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45073
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14031
dc.rights	Default License
dc.subject	Ενεργό ρήγμα	el
dc.subject	Διάδοση διάρρηξης ρήγματος	el
dc.subject	Αριθμητική προσομοίωση	el
dc.subject	Ανισοτροπική άμμος	el
dc.subject	Σοφιστευμένο προσομοίωμα	el
dc.subject	Active fault	en
dc.subject	Fault ruprure propagation	el
dc.subject	Numerical analysis	el
dc.subject	Anisotropic sand	el
dc.subject	FLAC	el
dc.title	Αριθμητική προσομοίωση διάδοσης διάρρηξης ενεργού ρήγματος μέσω ανισοτροπικού εδάφους	el
dc.title	Numerical simulation of the fault rupture propagation through anisotropic soil	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Εδαφομηχανική	el
heal.classification	Γεωλογία σεισμών	el
heal.classification	Soil mechanics	en
heal.classification	Anisotropy	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/16a0f4e85a4ec5b1feb951eab8c47360082bf4ab
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/546125357bf982752670c95debb34247c20f3724
heal.classificationURI	http://lod.nal.usda.gov/63402
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85005306
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-03-21
heal.abstract	Η παρούσα εργασία διερευνεί την διάδοση διάρρηξης ενεργού ρήγματος μέσω ανισοτροπικής άμμου. Η διερεύνηση γίνεται με τη χρήση ενός νέου σοφιστευμένου ελαστο-πλαστικού προσομοιώματος SANISAND που λαμβάνει υπόψη την εξελισσόμενη ανισοτροπία δομής των κόκκων της άμμου, μετά από επιτυχή σύγκριση με τις μετρήσεις ενός πειράματος φυγοκεντριστή για διάρρηξη κανονικού ρήγματος μέσω αμμώδους στρώσης πάχους 20m. Η ανάγκη χρήση ενός τέτοιου σοφιστευμένου προσομοιώματος υπογραμμίζεται από προκαταρκτικές αναλύσεις με απλουστευμένο προσομοίωμα (ελαστο-πλαστικό με χαλάρωση) που υποδεικνύουν ικανοποιητική ακρίβεια, αλλά χρειάζονται αναβαθμονόμηση προκειμένου να διατηρηθεί η ακρίβεια για αλλαγή στο πάχος της στρώσης, ή σε βασικές παραμέτρους του εδάφους (π.χ. σχετική πυκνότητα). Στη συνέχεια εκτελέστηκαν παραμετρικές αναλύσεις για την επίδραση της σχετικής πυκνότητας της άμμου, σε διαρρήξεις κανονικών, ανάστροφων και «κατακόρυφων» ρηγμάτων. Μεταξύ άλλων, οι αναλύσεις αυτές επιβεβαίωσαν ότι οι μετατοπίσεις ρήγματος που χρειάζονται για την ανάδυση της διάρρηξης είναι μικρές για κανονικά ρήγματα, μεγάλες για ανάστροφα και ενδιάμεσες για τα κατακόρυφα. Αυτή η διαφορά αποδόθηκε στην αντίστοιχη διαφορά στη αναγκαία μετατόπιση τοίχου αντιστήριξης για αστοχία κατά Rankine σε ενεργητική και παθητική κατάσταση υπό στραγγιζόμενες συνθήκες. Επιπλέον προέκυψε ότι όσο μικραίνει η σχετική πυκνότητα της άμμου, τόσο μεγαλώνει η αναγκαία μετατόπιση ρήγματος για την ανάδυση της διάρρηξης στην επιφάνεια, και τόσο η διάρρηξη μετατοπίζεται προς το σταθερό και το κινούμενο τέμαχος, για κανονικά και ανάστροφα ρήγματα, αντίστοιχα. Τέλος βρέθηκε ότι όσο μικραίνει η σχετική πυκνότητα της άμμου, τόσο ρηχαίνει και γίνεται ευρύτερο το κατακρήμνισμα στα κανονικά ρήγματα. Πάντως, σε κάθε περίπτωση, η επίδραση του τύπου του ρήγματος είναι πιο σημαντική από την επίδραση της σχετικής πυκνότητας. Πιο σημαντικά, διερευνήθηκε η επίδραση της εξελισσόμενης ανισοτροπίας της δομής στη διάδοση διάρρηξης ρήγματος μέσω αμμώδους στρώσης, με την έμφαση να δίδεται στην επίδραση της αρχικής μικρο-δομής, θεωρώντας ως «οριζόντια» δομή αυτή που δημιουργείται από τη βαρύτητα, και ως «κατακόρυφη» δομή εκείνη που προκύπτει αν περιστραφεί η «οριζόντια» δομή κατά 90ο. Με βάση τις συγκρίσεις για τις 2 διαφορετικές κατευθύνσεις της δομής, προέκυψε ότι στο «εφελκυστικό» τασικό πεδίο σε διάρρηξη κανονικού ρήγματος η διεύθυνση της φόρτισης είναι συγγραμική με τη διεύθυνση της οριζόντιας μικρο-δομής, με αποτέλεσμα μια τέτοια μικρο-δομή να είναι πιο κοντά στην Κρίσιμη Κατάσταση, ενώ το αντίθετο συμβαίνει σε διάρρηξη ανάστροφου ρήγματος. Αντίστοιχα, στα «κατακόρυφα» ρήγματα, το τασικό πεδίο είναι μορφής απλής διάτμησης, και συνεπώς οριζόντια και κατακόρυφη μικρο-δομή βρίσκονται το ίδιο κοντά (ή μακριά) από την Κρίσιμη Κατάσταση. Ως αποτέλεσμα αυτού, η διάρρηξη ενός κανονικού ρήγματος χρειάζεται μεγαλύτερη μετατόπιση στο υπόβαθρο για να αναδυθεί στην επιφάνεια μιας άμμου με κατακόρυφη δομή, συγκριτικά με ό,τι χρειάζεται σε μια άμμο με οριζόντια δομή. Το αντίθετο συμβαίνει για τη διάρρηξη ενός ανάστροφου ρήγματος, ενώ σε κατακόρυφα ρήγματα η θεώρηση οριζόντιας ή κατακόρυφης δομής δεν επηρεάζει την αναγκαία μετατόπιση ρήγματος για ανάδυση της διάρρηξης. Επιπλέον, ποιοτικά, μία άμμος με κατακόρυφη δομή συμπεριφέρεται σαν μια άμμο με οριζόντια δομή σχετικά μικρότερης πυκνότητας, όταν υπόκειται σε συνθήκες διάρρηξης κανονικού ρήγματος, ενώ το αντίθετο συμβαίνει για συνθήκες διάρρηξης ανάστροφου ρήγματος. Για κατακόρυφα ρήγματα, η θεώρηση οριζόντιας ή κατακόρυφης δομής δεν αλλάζει τη μορφή της διάρρηξης, ουσιαστικά. Ποσοτικά, η επίδραση αυτή είναι πρακτικώς ισοδύναμη με μεταβολή της σχετικής πυκνότητας κατά ± (20-30)%, για την ακραία μεταβολή της κατεύθυνσης της μικρο-δομής που θεωρήθηκε, και άρα μικρότερη για πιο φυσιολογικές μεταβολές της μικρο-δομής. Τέλος, υπογραμμίζεται ότι η ανάδυση της διάρρηξης στην επιφάνεια, δε συνεπάγεται Κρίσιμη Κατάσταση σε όλο το μήκος της διάρρηξης. Το να επιτευχθεί Κρίσιμη Κατάσταση σε ολόκληρο το μήκος της διάρρηξης χρειάζεται αρκετά μεγαλύτερη μετατόπιση ρήγματος.	el
heal.abstract	This thesis investigates the active fault rupture propagation through anisotropic sand. The investigation is performed by using a new elasto-plastic constitutive model called SANISAND, which takes into account the evolving fabric anisotropy. It is enabled after successful comparison of finite difference numerical results with the measurements of a centrifuge experiment for normal fault rupture propagation through a 20m sand layer. The need for using such a sophisticated model is dictated by preliminary analyses with a simplified model (elasto-plastic with strain softening). Such models may offer satisfactory accuracy, but also require recalibration in order to maintain this accuracy for a change in the thickness of the layer, or other basic soil parameters (e.g. relative density). In addition, parametric analyses were performed in order to investigate the effect of the relative density of the sand in normal, reverse and “vertical” faults ruptures. These analyses confirm that the fault displacement needed for rupture surfacing is small for normal faults, large for the reverse ones and intermediate for “vertical” faults. This difference is similar to the difference in the required retaining wall movement for active and passive Rankine failure under drained conditions. Moreover, it is shown that the lower the relative density of the sand, the larger the required fault displacement for rupture surfacing, and the greater the shifting of the rupture towards the stationary and the moving block, for normal and reverse faults respectively. Finally, it is found that as the relative density of the sand decreases on top of normal faults, the graben at the ground surface becomes shallower and wider. However, in general, the effect of the fault type is more important than the effect of the relative density for the problem of rupture propagation. More importantly, an investigation of the effect of evolving sand fabric anisotropy on the fault rupture propagation process was investigated. The emphasis was set on the effect of the initial fabric, considering as “horizontal” fabric the one that is created by gravity, and “vertical” the fabric that results by rotating the “horizontal” fabric by 90o. Based on the comparison of numerical results for these two different fabric directions, it is shown that the “extensional” stress field in normal fault rupture, the loading direction is collinear with the direction of the horizontal fabric and as a result such a fabric is closer to Critical State, while the opposite occurs in reverse fault rupture where a “compressional” stress field is applied. Similarly, in the "vertical" fault rupture, the stress field is remniscent of simple shear loading, and therefore the horizontal and the vertical fabrics are similarly close (or far) from the Critical State. As a result, the rupture of a normal fault needs larger fault displacement for rupture surfacing when the sand has a vertical fabric, in comparison to what is required when it has a horizontal fabric. The opposite is true for a reverse fault rupture, while for “vertical” faults, sands with “horizontal” or “vertical” fabrics require the same fault displacement for rupture surfacing. Moreover, qualitatively, a sand with “vertical” fabric behaves like a sand with “horizontal” fabric of lower density, when subjected to normal fault rupture conditions, while the opposite is true for reverse fault rupture conditions. For “vertical” faults, whether the fabric is “horizontal” or “vertical” does not essentially affect the rupturing process. Quantitatively, this effect is practically equivalent to a change of the relative density by ± (20-30)%, for the extreme change in the direction of the fabric that was considered herein, and thus it is expected less intense for more realistic differences in the initial sand fabric. Finally, it is underlined here that rupture surfacing does not imply Critical State conditions all along the rupture, since to attain Critical State throughout the entire length of the rupture requires considerably larger fault displacement.	en
heal.advisorName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας	el
heal.committeeMemberName	Μπουκοβάλας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Γερόλυμος, Νίκος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	158 σ.
heal.fullTextAvailability	true