Σύζευξη Τοπογραφικής και Εδαφικής Επιδείνωσης της Σεισμικής Απόκρισης Πρανών

Μπούρδος, Ευάγγελος; Bourdos, Evangelos

dc.contributor.author	Μπούρδος, Ευάγγελος	el
dc.contributor.author	Bourdos, Evangelos	en
dc.date.accessioned	2020-04-26T19:19:22Z
dc.date.available	2020-04-26T19:19:22Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50260
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17958
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Τοπογραφική επιδείνωση	el
dc.subject	Εδαφική επιδείνωση	el
dc.subject	Ομοιογενές πρανές	el
dc.subject	Ανομοιογενές πρανές	el
dc.subject	Μέθοδος πεπερασμένων διαφορών	el
dc.subject	Topographic aggravation	en
dc.subject	Stratigraphic aggravation	en
dc.subject	Homogeneous slopes	en
dc.subject	Inhomogeneous slopes	en
dc.subject	Finite difference method	en
dc.title	Σύζευξη Τοπογραφικής και Εδαφικής Επιδείνωσης της Σεισμικής Απόκρισης Πρανών	el
dc.title	Coupling of Topographic and Stratigraphic Aggravation of Seismic Response of Slopes	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Εδαφοδυναμική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-11-01
heal.abstract	Το πρόβλημα της τοπογραφικής επιδείνωσης της σεισμικής κίνησης στη γειτονία ομοιογενών μονοκλινών πρανών έχει μελετηθεί αρκετά στη βιβλιογραφία όπου έχουν προκύψει και προτάσεις για την προσεγγιστική εκτίμηση αυτής. Για παράδειγμα, οι Bouckovalas & Papadimitriou (2005, 2006) πρότειναν σχέσεις τόσο για τον υπολογισμό της επιδείνωσης της μέγιστης επιτάχυνσης του εδάφους πίσω απ’ τη στέψη (και στις 2 διευθύνσεις), όσο και για την χωρική μεταβολή της τοπογραφικής επιδείνωσης (μπροστά και πίσω από το πρανές. Ωστόσο, συχνά προκύπτει αναντιστοιχία μεταξύ της μελετημένης απόκρισης ομοιογενών πρανών και των ενόργανων μετρήσεων πραγματικών σεισμικών γεγονότων, η οποία αποδίδεται στην ανομοιογένεια του πραγματικού εδάφους και στην σύζευξη τοπογραφικής και εδαφικής επιδείνωσης. Η διερεύνηση αυτού του φαινομένου αποτέλεσε βασικό αντικείμενο στην εργασία των Tripe et al. (2013), όπου μελετήθηκαν αριθμητικά περιπτώσεις ανομοιογενούς πρανούς (έδαφος επί άκαμπτου υποβάθρου), ενώ αργότερα οι Rizzitano et al (2014) έκαναν το ίδιο για την ρεαλιστικότερη θεώρηση ενδόσιμου υποβάθρου. Παρόλα αυτά, οι εργασίες αυτές δεν έχουν ποσοτικοποιήσει τη σύζευξη τοπογραφικής και εδαφικής επιδείνωσης της σεισμικής κίνησης και αυτός είναι ο στόχος της παρούσας εργασίας. Για το σκοπό αυτό γίνεται εδώ αριθμητική διερεύνηση της σεισμικής απόκρισης στην γειτονία μονοκλινών ανομοιογενών πρανών, όπου η ανομοιογένεια προκύπτει από την ύπαρξη ενδόσιμου υποβάθρου σε κάποιο βάθος κάτω από το πρανές. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις για ανομοιογενή μονοκλινή πρανή κλίσης i=30° και ύψους Η=50m υπό αρμονικές (Chang’s signal) διεγέρσεις, με τη μέθοδο πεπερασμένων διαφορών και τη χρήση του λογισμικού FLAC. Το έδαφος θεωρήθηκε ιξωδο-ελαστικό, με ταχύτητα διατμητικών κυμάτων Vs=500m/s, λόγο Poisson ν=1/3 και πυκνότητα ρ=2Μg/m3, ενώ το υπόβαθρο θεωρήθηκε πιο στιβαρό με ταχύτητες διατμητικών κυμάτων Vb=800-5000m/s. Οι διεγέρσεις είχαν εύρος δεσπόζουσας περιόδου Te=0.1-2sec και εισήχθησαν στη οριζόντια βάση του καννάβου ως χρονοϊστορία διατμητικής τάσης. Επιπλέον, υιοθετήθηκε απόσβεση τύπου Rayleigh με ελάχιστη τιμή ξmin=5% στη δεσπόζουσα περίοδο της διέγερσης. Από τις αναλύσεις για αρμονική διέγερση προέκυψαν τα παρακάτω γενικά συμπεράσματα: • Η σύζευξη εδαφικής και τοπογραφικής επιδείνωσης της μέγιστης επιτάχυνσης σχετίζεται άμεσα με την θεμελιώδη περίοδο (1Δ) ταλάντωσης Ts της εδαφικής στρώσης πάνω από το υπόβαθρο. • Η επίδραση του υποβάθρου στην επιδείνωση τόσο σε όρους ενίσχυσης όσο και σε όρους απομείωσης φαίνεται να γίνεται εντονότερη όσο πιο μικρός είναι ο λόγος εμπέδησης IR. • Η χωρική διαφοροποίηση της επιδείνωσης της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης σε ανομοιογενή πρανή είναι συμβατή με τη χωρική διαφοροποίηση του ομοιογενούς πρανούς, αλλά με διαφορετικό εύρος τιμών ενίσχυσης και απομείωσης λόγω της σύζευξης με την εδαφική επιδείνωση. • Η επίδραση του υποβάθρου στην τοπογραφική επιδείνωση απομειώνεται με αύξηση του βάθους του, όσο και για ακραίες τιμές της δεσπόζουσας περιόδου διέγερσης (πολύ μικρές ή πολύ μεγάλες). Ύστερα από την περαιτέρω επεξεργασία των αποτελεσμάτων αυτών προέκυψε: • Πρόταση ποσοτικής εκτίμησης της επίδρασης της ανομοιογένειας στην τοπογραφική επιδείνωση της μέγιστης οριζόντιας επιτάχυνσης για τον πόδα και τη στέψη του πρανούς, θέσεις που θεωρούνται χαρακτηριστικές για την απόκριση μπροστά και πίσω από το πρανές, αντίστοιχα. • Πρόταση «περιβάλλουσας» σχεδιασμού για τη χωρική διαφοροποίηση της συζευγμένης επιδείνωσης της μέγιστης οριζόντιας επιτάχυνσης σε ανομοιογενή πρανή με ενδόσιμο υπόβαθρο. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν (περιορισμένες σε αριθμό) αριθμητικές αναλύσεις για ανομοιογενή μονοκλινή πρανή ιδίων χαρακτηριστικών υπό μη-αρμονικές διεγέρσεις, που έχουν προκύψει από επεξεργασία της καταγραφής στα Σεπόλια (1999). Σκοπός των εν λόγω αναλύσεων είναι η διερεύνηση της αλληλεπίδρασης εδαφικής και τοπογραφικής επιδείνωσης του ελαστικού φάσματος απόκρισης της επιτάχυνσης. Από την επεξεργασία των ανωτέρω αποτελεσμάτων προέκυψαν τα κάτωθι γενικά συμπεράσματα: • Ό,τι ισχύει για τη συσχέτιση της συζευγμένης επιδείνωσης με τη θεμελιώδη περίοδο (1Δ) ταλάντωσης Τs της εδαφικής στρώσης πάνω από το υπόβαθρο, την επίδραση του λόγου εμπέδησης IR και για τη χωρική διαφοροποίηση της συζευγμένης επιδείνωσης υπό αρμονικές διεγέρσεις επιβεβαιώνεται και για μη-αρμονικές διεγέρσεις. • Επιπλέον σημαντική παράμετρος για τη συζευγμένη επιδείνωση του ελαστικού φάσματος απόκρισης αποτελεί η ιδιοπερίοδος κατασκευής Tstr, δηλαδή η επιδείνωση ανά θέση δεν είναι ομοιόμορφη για όλες τις τιμές της Tstr. • Ανεξαρτήτως Tstr, η επίδραση της ύπαρξης υποβάθρου στη συζευγμένη επιδείνωση του ελαστικού φάσματος απόκρισης είναι ποσοτικά ανάλογη με εκείνη για τη μέγιστη οριζόντια επιτάχυνση υπό αρμονικές διεγέρσεις.	el
heal.abstract	The effect of homogeneous step-like slopes on seismic ground motion has been considerably examined in the literature, which, in some cases, also includes suggestions for its approximate estimation. For instance, Bouckovalas & Papadimitriou (2005, 2006) suggested approximate relations for the aggravation of the maximum ground acceleration behind the crest of a step-like slope (in both horizontal and vertical directions) and the spatial variation of the topographic aggravation (at the ground surface) in front and behind the slope. However, a mismatch between the studied homogeneous slope response and the recordings of real seismic events has been depicted over the years and has been attributed to the soil inhomogeneity and the resulting coupling of topographic and stratigraphic aggravation. This effect was studied by Tripe et al. (2013) where numerical analyses were carried out for cases of inhomogeneous slopes (homogeneous soil slope over rigid bedrock) and later by Rizzitano et al (2014) who also performed similar numerical analyses, but for the more realistic case of compliant bedrock. The present work aims to quantify the coupling of topographic and stratigraphic aggravation in the cases of inhomogeneous step-like slopes, since this has not been attempted in the reviewed literature. Particularly, this work studies the seismic response of inhomogeneous slopes (homogeneous soil over compliant bedrock at a depth below the slope) through numerical analyses. More specifically, most of the analyses were performed for steep (i = 30o) step-like slopes of height H = 50m over compliant bedrock and under harmonic (Chang’s signal) excitations, using the Finite Difference method via FLAC. Soil was considered visco-elastic with shear wave velocity Vs = 500m/s, Poisson’s ratio v = 1/3 and mass density ρ = 2Mg/m3, while the bedrock was assumed stiffer with shear wave velocity Vb = 800 to 5000m/s, corresponding to impedance ratios ranging from 0.625 down to 0.1. Seismic excitations were imposed as time-histories of shear stress at the horizontal base of the mesh, while their predominant periods Τe ranged from 0.1 to 2sec. Rayleigh damping was adopted with critical damping ratio ξmin = 5% set at the predominant period Te of each excitation. The results of the numerical analyses led to the following general conclusions: • The coupling of topographic and stratigraphic aggravation of the maximum acceleration is directly correlated to the fundamental period Ts of (1D) vibration over the bedrock, which is different behind the crest and in front of the toe of the slope • As the impedance ratio decreases, the effect of bedrock on the aggravation in terms of both amplification and de-amplification seems to intensify. • Τhe spatial variation of the aggravation of the maximum acceleration for both inhomogeneous and homogeneous slopes is comparable, but with different amplification and de-amplification intensity due to the coupling effect. • The effect of the bedrock on the aggravation reduces as the depth to bedrock increases, or when the predominant period Τe of the excitation takes extreme values (very high or very low). More detailed processing of the results led to: • Proposal of a quantitative approximate estimation on the effect of inhomogeneity on the topographic aggravation of the maximum horizontal acceleration, at the toe and crest of the slope, positions that are considered to be characteristic of the response in front and behind the slope. • Proposal of a design "envelope" for the spatial variation of the coupled aggravation of maximum horizontal acceleration of inhomogeneous slopes over compliant bedrock. Furthermore, additional numerical analyses (limited in number) were performed for the same cases of inhomogeneous slopes under non-harmonic excitations derived from processing of an actual seismic recording (Sepolia, 1999). The purpose of these additional analyses was to investigate the coupling of stratigraphic and topographic aggravation of the whole elastic response spectrum (5% of critical) of the acceleration. These numerical analyses show that: • The conclusions about the correlation of coupled aggravation with the fundamental period of (1D) vibration Ts of the soil layer above the bedrock, the effect of impedance ratio and the spatial variation of coupled aggravation under harmonic excitations are also confirmed for non-harmonic excitations. • An additional important parameter for the coupled aggravation of the elastic response spectrum is the structural period Tstr. • Regardless of the structural period Tstr, the effect of bedrock on the coupled aggravation of the elastic response spectrum is quantitatively proportional to that of the maximum horizontal acceleration under harmonic excitations.	en
heal.advisorName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας	el
heal.committeeMemberName	Μπουκοβάλας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Καββαδάς, Μιχαήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	110 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false