Επίδραση κλίσης εδάφους στην πλευρική εξάπλωση λόγω ρευστοποίησης πλησίον αναβαθμού

Σαββοπούλου, Ελένη; Savvopoulou, Eleni

dc.contributor.author	Σαββοπούλου, Ελένη	el
dc.contributor.author	Savvopoulou, Eleni	en
dc.date.accessioned	2025-04-08T10:40:10Z
dc.date.available	2025-04-08T10:40:10Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61644
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29340
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	Έδαφος με κλίση και αναβαθμό	el
dc.subject	Πλευρική εξάπλωση	el
dc.subject	Οριζόντιο έδαφος με αναβαθμό	el
dc.subject	Οριζόντιες μετατοπίσεις	el
dc.subject	Ομοιόμορφη στρώση άμμου	el
dc.subject	Youd et al.(2002)	en
dc.subject	Zhang et al.(2004)	en
dc.subject	NTUA-SAND	en
dc.subject	Free-face	en
dc.subject	Gentle slope	en
dc.title	Επίδραση κλίσης εδάφους στην πλευρική εξάπλωση λόγω ρευστοποίησης πλησίον αναβαθμού	el
dc.title	Effect of ground inclination on liquefaction-induced lateral spreading towards a free-face	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Εδαφοδυναμική	el
heal.classification	Ρευστοποίηση εδάφους	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-11-08
heal.abstract	Πλευρική εξάπλωση (δηλαδή μόνιμη οριζόντια μετακίνηση) λόγω σεισμικής ρευστοποίησης χαλαρού κοκκώδους κορεσμένου εδάφους προκύπτει σε οριζόντιο έδαφος πλησίον αναβαθμού, αλλά και σε επικλινές έδαφος χωρίς αναβαθμό. Στην βιβλιογραφία έχουν προταθεί διάφορες εμπειρικές σχέσεις εκτίμησης των οριζοντίων μετατοπίσεων για τέτοιες τοπογραφίες με βάση καταγραφές ιστορικών περιστατικών (π.χ., Youd et al. 2002, Zhang et al. 2004) ή από επεξεργασία αριθμητικών αποτελεσμάτων (π.χ., Valsamis et al. 2010). Δεν υπάρχουν αντίστοιχες σχέσεις για την (συνήθη) περίπτωση που το ρευστοποιήσιμο έδαφος πλησίον αναβαθμού έχει ήπια κλίση. Η εργασία αυτή στοχεύει στη συμπλήρωση της βιβλιογραφίας, για την περίπτωση της πλευρικής εξάπλωσης σε ήπια επικλινές έδαφος πλησίον αναβαθμού. Η διερεύνηση του φαινομένου γίνεται με χρήση της μεθόδου πεπερασμένων διαφορών (FLAC 2D, Itasca Inc. 2011) και εξετάζονται παραμετρικά η επίδραση του ύψους Η του αναβαθμού, της κλίσης εδάφους S(%) και των λεπτομερειών του γεωτεχνικού προφίλ (π.χ., η ύπαρξη μη-ρευστοποιήσιμης αργιλικής στρώσης) στην απόκριση του πλευρικώς εξαπλούμενου εδάφους. Για την προσομοίωση της ρευστοποιήσιμης στρώσης χρησιμοποιείται το καταστατικό προσομοίωμα NTUA–SAND (Andrianopoulos et al. 2010), ενώ για την προσομοίωση της αργιλικής στρώσης (όταν υπάρχει) γίνεται χρήση του καταστατικού προσομοιώματος Mohr-Coulomb με απόσβεση στην ελαστική περιοχή. Χάριν απλότητας, ως διέγερση θεωρείται μια ισχυρή αρμονική κίνηση. Σε κάθε περίπτωση εκτελούνται αναλύσεις για τις τρεις συγκρίσιμες (3) τοπογραφίες εδάφους με το ίδιο κάθε φορά γεωτεχνικό προφίλ: οριζόντιο έδαφος πλησίον αναβαθμού, επικλινές έδαφος χωρίς και με αναβαθμό. Με βάση τα αποτελέσματα από συνολικά 53 αριθμητικές αναλύσεις προκύπτει ότι τυπικά για έδαφος με κλίση S(%) πλησίον αναβαθμού ύψους Η, οι (χωρικά μεταβαλλόμενες) οριζόντιες μετατοπίσεις Dhgf είναι μεγαλύτερες από εκείνες για οριζόντιο έδαφος πλησίον του αναβαθμού ίδιου ύψους Dhff και προκύπτουν ως συνδυασμός των μετατοπίσεων αυτών με την τιμή της ομοιόμορφης μετατόπισης Dhgs (για έδαφος με κλίση S χωρίς αναβαθμό). Αυτή η προσαύξηση συμφωνεί ποιοτικά με τις παρατηρήσεις των Zhang et al. (2004), οι οποίοι όμως δεν την ποσοτικοποιούν. Συγκεκριμένα, για κανονικοποιημένη απόσταση L/H > 0 (πίσω από τον αναβαθμό), για μικρά ύψη αναβαθμού H και μεγάλες τιμές κλίσης S οι οριζόντιες μετατοπίσεις Dhgf τείνουν ασυμπτωτικά στην τιμή της Dhgs. Για τις άλλες περιπτώσεις προκύπτει μέγιστη τιμή Dhmax,gf στον πόδα του αναβαθμού και απομείωση με την απόσταση L/H. Σε κάθε περίπτωση, για L/H < 0 (μπροστά από τον αναβαθμό), οι οριζόντιες μετατοπίσεις Dhgf τείνουν ασυμπτωτικά στο μηδέν σε όλες τις περιπτώσεις. Σε όρους κατακόρυφων μετατοπίσεων Dv, οι τιμές τους όταν υπάρχει κλίση είναι ποιοτικά ίδιες με εκείνες για το οριζόντιο έδαφος πλησίον αναβαθμού ίδιου ύψους, δηλαδή παρουσιάζεται καθίζηση πίσω από τον αναβαθμό και ανύψωση μπροστά του, οι οποίες φθίνουν με την απόσταση L/H. Ξεκαθαρίζεται εδώ ότι για έδαφος με σχετικά μεγάλες τιμές κλίσης S(%) πίσω από αναβαθμούς με σχετικά μικρό ύψος Η, κυριαρχεί η απόκριση λόγω ήπιας κλίσης, οπότε η ομοιόμορφη τιμή της Dhgs είναι πρακτικώς η μέγιστη τιμή οριζόντιας μετατόπισης Dhgf. Στις υπόλοιπες περιπτώσεις (τυπική απόκριση), πάντα υπάρχει ένα τμήμα του αναβαθμού πλησίον του πόδα όπου οι τιμές της Dhgf > Dhgs. Με στατιστική επεξεργασία των αριθμητικών αποτελεσμάτων προκύπτουν, μεταξύ άλλων, σχέσεις εκτίμησης της μέγιστης τιμή Dhmax,gf στον πόδα του αναβαθμού και σε απόσταση 5Η από αυτόν, Dh5Η,gf. Οι σχέσεις αυτές υποδεικνύουν προσαύξηση των τιμών αυτών με αύξηση της κλίσης S(%) και του ύψους αναβαθμού Η, σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές για οριζόντιο έδαφος Dhmax,ff και Dh5Η,ff πλησίον αναβαθμού. Ορίζοντας ως (L/H)cr την ελάχιστη (κανονικοποιημένη) απόσταση πίσω από τον πόδα του αναβαθμού όπου ισχύει συστηματικά Dhff < Dhgs, προκύπτει ότι αυτή μειώνεται με αύξηση της κλίσης S(%) σε ποιοτική συμφωνία με τη βιβλιογραφία. Ποσοτικά προκύπτει ότι τα αριθμητικά αποτελέσματα για την τιμή της (L/H)cr για κάθε τιμή κλίσης S(%) είναι στο κάτω όριο των εμπειρικών σχέσεων από τη βιβλιογραφία. Αυτό σημαίνει ότι οι εμπειρικές σχέσεις μάλλον υποεκτιμούν τη σημαντικότητα της κλίσης S(%) στην απόκριση, με πιθανή εξαίρεση την εργασία των Zhang et al. (2004). Τέλος, παρά τους περιορισμούς της παρούσας έρευνας, προτείνεται μια προσεγγιστική μεθοδολογία εκτίμησης των χωρικά μεταβαλλόμενων οριζόντιων μετατοπίσεων επικλινούς εδάφους πίσω από αναβαθμό Dhgf, η οποία θεωρεί ως δεδομένες (και ορθές) τις τιμές για οριζόντιο έδαφος πλησίον του ίδιου αναβαθμού Dhff και της ομοιόμορφης μετατόπισης Dhgs (για το έδαφος με ίδια κλίση S χωρίς αναβαθμό), που μπορεί κανείς να εκτιμήσει από την υπάρχουσα βιβλιογραφία (π.χ., Youd et al. 2002).	el
heal.abstract	Lateral spreading (i.e. permanent horizontal displacement) due to seismic liquefaction of loose granular saturated soil occurs in horizontal ground near a free-face, but also far from a free-face if the ground has a gentle slope. Several empirical relations for estimating permanent horizontal displacements for such topographies have been proposed in the literature based on case histories (e.g., Youd et al. 2002, Zhang et al. 2004) or from processing numerical results (e.g., Valsamis et al. 2010). However, there are no corresponding relations for the (usual) case where the liquefiable soil near a free-face is gently sloping. This paper aims to complement the literature for the case of lateral spreading of gently sloping ground near a free-face. This phenomenon is investigated herein using the finite difference method (FLAC 2D, Itasca Inc. 2011). Parametric numerical analyses study the effects of the height H of the free-face, the (gentle) ground slope inclination S(%) and the details of the geotechnical profile (e.g., the presence of a non-liquefiable clay layer) on the lateral spreading response. The liquefiable layer is simulated with the NTUA-SAND constitutive model (Andrianopoulos et al. 2010), while the MohrCoulomb constitutive model with damping in the elastic region is used to simulate the clay layer (whenever it appears). For simplicity, a strong harmonic motion is considered as the excitation. In each case, analyses are performed for three comparable (3) ground topographies with the same geotechnical profile: horizontal ground near a free-face, gently sloping ground without and with a free-face. Based on the results of a total of 53 numerical analyses, it is found that typically for ground with slope inclination S(%) near a free-face of height H, the (spatially varying) horizontal displacements Dhgf are larger than those of horizontal ground near a freeface of the same height Dhff and are obtained as a combination of the latter displacements with the value of the uniform displacement Dhgs (for ground with slope S without a free-face). This increase of displacements is qualitatively consistent with the observations of Zhang et al. (2004), who, however, do not quantify it. In particular, for L/H > 0 (behind the free-face), for small free-face heights H and large slope values S(%), the horizontal displacements Dhgf tend asymptotically to the value of Dhgs. For the other cases, a maximum value of Dhmax,gf is obtained at the toe of the free-face and a decrease of the Dhgf displacements with distance L/H appears. In any case, for L/H < 0 (in front of the free-face), the horizontal displacements Dhgf tend asymptotically to zero in all cases. In terms of vertical displacements Dv, their values for sloping ground are qualitatively the same as those for the horizontal ground near a free-face of the same height, i.e. there is settlement behind the free-face and uplift in front of it, while the Dv displacements tend asymptotically to zero with distance L/H. It is clarified here that for ground with relatively large slope values S(%) behind a free-face with relatively small height H, the response due to the gentle slope dominates the overall response. Hence, the uniform value of Dhgs is practically the maximum value of horizontal displacement Dhgf. In the other (more typical) cases, there is always a part of the free-face near the toe where the values of Dhgf > Dhgs. Statistical processing of the numerical results yields, among others, relations for estimating the maximum displacement value Dhmax,gf at the toe of the free-face and at a distance of L = 5H from it, Dh5H,gf. These relations indicate that these displacements increase with increasing slope inclination S(%) and free-face height H, in comparison to the corresponding values Dhmax,ff and Dh5H,ff for horizontal ground near the free-face. Defining as (L/H)cr the minimum (normalized) distance behind the toe of the free-face where Dhff < Dhgs systematically holds, it is found that this value decreases with increasing slope inclination S(%) in qualitative agreement with the literature. Quantitatively, it is found that the numerical values of (L/H)cr per value of slope inclination S(%) are essentially lower-bound values in comparison to the values from the empirical relations from the literature. This implies that the empirical relations probably underestimate the significance of the slope inclination S(%) in the lateral spreading response, with the possible exception of the study of Zhang et al. (2004). Finally, despite the limitations of the present study, an approximate methodology is proposed for estimating the (spatially varying) horizontal displacements Dhgf of sloping soil behind a free-face. This methodology requires as input the (spatially variable) Dhff displacements for horizontal ground near the freeface of the same height H and the (uniform) Dhgs displacement for gentle sloping ground without a free-face that can be estimated from the existing literature (e.g., Youd et al. 2002).	en
heal.advisorName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας Γ.	el
heal.committeeMemberName	Γερόλυμος, Νίκος	el
heal.committeeMemberName	Ζερβός, Αντώνης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	122 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false