Πλευρική εξάπλωση επικλινούς εδάφους πλησίον 
αναβαθμού λόγω σεισμικής ρευστοποίησης.

Φράγκου, Ελπίδα; Frangou, Elpida

dc.contributor.author	Φράγκου, Ελπίδα	el
dc.contributor.author	Frangou, Elpida	en
dc.date.accessioned	2026-02-10T07:55:46Z
dc.date.available	2026-02-10T07:55:46Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/63368
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.31063
dc.rights	Default License
dc.subject	Αριθμητική προσομοίωση, Μόνιμες εδαφικές μετατοπίσεις, Πλευρική εξάπλωση, Ρευστοποίηση, Εδαφοδυναμική	el
dc.subject	Numerical simulation,Permanent ground displacements, Lateral spreading, Liquefaction, Soil dynamics	en
dc.title	Πλευρική εξάπλωση επικλινούς εδάφους πλησίον αναβαθμού λόγω σεισμικής ρευστοποίησης.	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Lateral spreading of inclined ground near a free-face due to seismic liquefaction.	en
heal.classification	Εδαφοδυναμική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-07-14
heal.abstract	Η πλευρική εξάπλωση λόγω σεισμικής ρευστοποίησης, σε χαλαρά κορεσμένα κοκκώδη εδάφη που έχουν ήπια κλίση ή/και βρίσκονται πλησίον αναβαθμού, συνίσταται από μόνιμες οριζόντιες μετατοπίσεις και καθιζήσεις και αποτελεί έναν σημαντικό και περίπλοκο κίνδυνο για τα έργα Πολιτικού Μηχανικού. Στη βιβλιογραφία υπάρχουν εμπειρικές μέθοδοι που έχουν βασιστεί σε μετρήσεις από ιστορικά περιστατικά (π.χ., Zhang et al. 2004, Youd et al. 2002) και εκτιμούν τις μόνιμες οριζόντιες μετατοπίσεις είτε για οριζόντιο έδαφος κοντά σε αναβαθμό ή για επικλινές έδαφος (χωρίς αναβαθμό). Όμως, για την πιο περίπλοκη και συνήθη περίπτωση του επικλινούς εδάφους κοντά σε αναβαθμό δεν προτείνεται κάποια σχέση εκτίμησης, αλλά οδηγίες σχεδιασμού (π.χ. χρήση της μέγιστης τιμής των δύο προαναφερθέντων εκτιμήσεων κατά τους Youd et al. 2002). Στην παρούσα εργασία διερευνάται αριθμητικά η περίπτωση του επικλινούς εδάφους κοντά σε αναβαθμό, με στόχο να προταθούν εξειδικευμένες σχέσεις εκτίμησης των οριζοντίων μετατοπίσεων με βάση βαθμονομημένες παραμετρικές αναλύσεις μεγάλου πλήθους. Το πρόβλημα της πλευρικής εξάπλωσης λόγω σεισμικής ρευστοποίησης προσομοιώθηκε με τη χρήση του κώδικα πεπερασμένων διαφορών FLAC 2D v.7.0 (Itasca Inc. 2011). Για την προσομοίωση του ρευστοποιήσιμου εδάφους με σχετική πυκνότητα Dr = 45% χρησιμοποιήθηκε το σοφιστευμένο καταστατικό προσομοίωμα NTUA-SAND (Andrianopoulos et al. 2010), ενώ για τη μη ρευστοποιήσιμη υπό-στρώση αργίλου (αν και όταν υπάρχει) χρησιμοποιήθηκε το καταστατικό προσομοίωμα Tresca με αστράγγιστη διατμητική αντοχή Cu = 30 kPa και μη-μηδενική απόσβεση στην ελαστική περιοχή. Ως σεισμικές διεγέρσεις θεωρήθηκαν πέντε (5) αρμονικές χρονοϊστορίες επιτάχυνσης με διαφορετικές σωρευτικές απόλυτες ταχύτητες CAV = 0.13 – 0.84 g·sec. Μελετήθηκαν αναβαθμοί με ύψος Η από 0.5 έως 4m και επικλινείς στρώσεις με κλίση S από 0.5 έως 6%, ενώ το μέγιστο πάχος ρευστοποιήσιμης στρώσης ήταν 10m. Για την παραμετρική διερεύνηση του προβλήματος εκτελέστηκαν 287 δυναμικές μη γραμμικές αναλύσεις σεισμικής απόκρισης του εδάφους για τις τρεις (3) θεμελιώδεις τοπογραφικές δομές, δηλαδή α) επικλινές έδαφος πλησίον αναβαθμού, β) οριζόντιο έδαφος πλησίον αναβαθμού και γ) επικλινές έδαφος χωρίς αναβαθμό. Οι αναλύσεις για τις τρεις τοπογραφίες με ίδια παραμετρικά χαρακτηριστικά (ύψος αναβαθμού Η ή/και κλίση εδάφους S (%), γεωτεχνικό προφίλ και σεισμική διέγερση) έκανε εφικτή τη σύγκριση της απόκρισης του επικλινούς εδάφους κοντά σε αναβαθμό με εκείνες στις άλλες δύο συγκρίσιμες τοπογραφικές δομές. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι ο συνδυασμός κλίσης του εδάφους κι εγγύτητας σε αναβαθμό (τοπογραφική δομή α) οδηγεί γενικώς σε μεγαλύτερες οριζόντιες μετατοπίσεις Dhgf συγκριτικά με την περίπτωση οριζοντίου εδάφους κοντά σε αναβαθμό Dhff ή επικλινούς εδάφους χωρίς αναβαθμό Dhgs (τοπογραφικές δομές β και γ, αντίστοιχα). Αυτή η προσαύξηση αγνοείται μη-συντηρητικά στη βιβλιογραφία, με εξαίρεση την εργασία των Zhang et al.(2004) όπου εντοπίζεται επίδραση αλλά δεν ποσοτικοποιείται. Η περιοχή εμφάνισης των μεγαλύτερων οριζοντίων μετακινήσεων Dhgf εξαρτάται κυρίως από τον συνδυασμό τιμών ύψους αναβαθμού Η(m) και κλίσης εδάφους S(%) και λιγότερο από τις λεπτομέρειες του γεωτεχνικού προφίλ και της έντασης της σεισμικής διέγερσης. Πίσω από τον αναβαθμό, για μεγάλες κλίσεις και μικρά ύψη αναβαθμών, το προφίλ μετατοπίσεων έχει τη μορφή εκείνου της επικλινούς στρώσης, δηλαδή η οριζόντια μετατόπιση Dhgf σταθεροποιείται στην ίδια πρακτικώς τιμή με την μετατόπιση επικλινούς εδάφους (χωρίς αναβαθμό) Dhgs. Για ενδιάμεσες κλίσεις και ύψη αναβαθμών, το προφίλ μετατοπίσεων στην περιοχή του πόδα έχει αντίστοιχη κατανομή με την μετατόπιση οριζόντιας στρώσης πλησίον αναβαθμού Dhff, απλά με ελαφρά προσαυξημένες τιμές. Δηλαδή παίρνει τη μέγιστη τιμή της Dhmax,gf στον πόδα, ενώ πίσω από αυτόν μειώνεται ελαφρά και σε μεγάλες αποστάσεις παίρνει μια σταθερή τιμή περίπου ίση με την μετατόπιση της επικλινούς στρώσης Dhgs. Για μικρές κλίσεις και μεγάλα ύψη αναβαθμών, το προφίλ μετατοπίσεων είναι ποιοτικά αντίστοιχο με το προαναφερθέν, απλά οι μετατοπίσεις στη γειτονιά του αναβαθμού (και η μέγιστη τιμή τους Dhmax,gf στον πόδα) είναι πολύ μεγαλύτερες. Οι ανωτέρω παρατηρήσεις έχουν γενική εφαρμογή και οδηγούν στην κατηγοριοποίηση τριών (3) προφίλ μετατοπίσεων: επικλινούς στρώσης (G), χαμηλού αναβαθμού (FL) και υψηλού αναβαθμού (FH), αντίστοιχα, με τα ως άνω χαρακτηριστικά, ως συνάρτηση του ύψους Η(m) και της κλίσης S(%), και δευτερευόντως της έντασης της διέγερσης. Σε όλες τις περιπτώσεις, μπροστά και μακριά από τον πόδα του αναβαθμού η οριζόντια μετατόπιση Dhgf είναι μεγαλύτερη της μετατόπισης οριζόντιας στρώσης πλησίον αναβαθμού Dhff, ενώ μειώνεται με την απόσταση από τον πόδα τείνοντας ασυμπτωτικά στο μηδέν. Επιπλέον προκύπτουν καθιζήσεις και ανυψώσεις του εδάφους πίσω από τη στέψη και μπροστά από τον πόδα του αναβαθμού, αντίστοιχα, για τις οποίες δεν γίνεται καμία αναφορά στη βιβλιογραφία, οι οποίες γενικώς αυξάνουν, κατ’ απόλυτη τιμή, όσο αυξάνεται το ύψος του πρανούς Η. Από τη στατιστική επεξεργασία των αριθμητικών αποτελεσμάτων προτείνονται σχέσεις που εκτιμούν την μέγιστη οριζόντια μετατόπιση Dhmax,gf (στον πόδα) και την οριζόντια μετατόπιση σε απόσταση 4Η πίσω από τον πόδα του αναβαθμού Dh4Η,gf, για τα προφίλ μετατοπίσεων FL και FH. Συνδυάζοντας τις ανωτέρω σχέσεις με προβλέψεις μετατοπίσεων για οριζόντιο έδαφος πλησίον αναβαθμού Dhff και επικλινές έδαφος μακριά από αναβαθμό Dhgs από εμπειρικές σχέσεις της βιβλιογραφίας (π.χ., Zhang et al. 2004), προτείνεται ένα ολοκληρωμένο σχέδιο οδηγιών εκτίμησης των μετατοπίσεων Dhgf ως συνάρτηση της απόστασης L από τον πόδα του αναβαθμού, για κάθε συνδυασμό ύψους αναβαθμού Η, κλίσης εδάφους S και έντασης διέγερσης CAV που ανήκει στα προαναφερθέντα εύρη μεταβολής των παραμέτρων αυτών. Η εν λόγω πρόταση σχεδιασμού μετατοπίσεων Dhgf είναι σε ποιοτική συμφωνία με όσα αναφέρουν οι Zhang et al. (2004), αλλά και σε αδρή ποσοτική συμφωνία με τρία (3) ιστορικά περιστατικά πλευρικής επικλινούς εδάφους κοντά σε αναβαθμό. Υπογραμμίζεται ότι η πρόταση αυτή συμπληρώνει την υπάρχουσα βιβλιογραφία και μπορεί να θεωρηθεί ως μια γενίκευση αυτής.	el
heal.abstract	Lateral spreading due to seismic liquefaction in loose saturated granular soils, with gentle slopes and/or located near a free face, consists of both horizontal and vertical permanent ground displacements. Hence, it represents a significant and complex hazard for Civil Engineering Works. In the literature, empirical methods have been proposed based on insitu measurements of displacements from case histories (e.g., Zhang et al. 2004, Youd et al. 2002), which estimate permanent horizontal displacements either for horizontal ground near a free face or for sloping ground (without a free face). However, for the more complex and common case of sloping ground near a free face, no specific estimation approach has been proposed, apart from the suggestion of using the maximum value of the two foregoing estimates. This study investigates numerically the case of a gently sloping ground located near a free face, aiming to propose a specific method for estimating horizontal displacements based on a multitude of parametric analyses. This phenomenon was investigated using the finite difference method (FLAC 2D, Itasca Inc. 2011). The sophisticated constitutive model NTUA-SAND (Andrianopoulos et al. 2010) was used for the liquefiable soil layer with relative density Dr = 45%, while the Tresca constitutive model, with non-zero damping in the elastic range, was used for the non-liquefiable clayey sublayer (where present). Five (5) harmonic acceleration time histories with different Cumulative Absolute Velocities (CAV = 0.13 – 0.84 g·sec) were used as seismic excitations. Free face heights (H) ranged from 0.5 to 4 m, and slopes (S) ranging from 0.5% to 6%, while the maximum thickness of the liquefiable layer was 10 m. A total of 287 parametric dynamic non-linear seismic analyses were conducted for three (3) fundamental soil-topography configurations: a) sloping ground near a free face, b) horizontal ground near a free face, and c) sloping ground without a free face. The results from the analyses of these three configurations, with identical parametric characteristics (free face height H and/or ground slope S (%), geotechnical profile, and seismic excitation) were used to compare the response of gently sloping ground near a free face with the other two topographic configurations. The results indicate that the combination of ground slope and proximity to a free face (topographic configuration a) generally leads to larger horizontal displacements Dhgf than the cases of horizontal ground near a free face Dhff or sloping ground without a free face Dhgs (configurations b and c, respectively). This increase has not been mentioned or addressed in literature, except in the study of Zhang et al. (2004), where a pertinent effect is depicted but not quantified. The location where the largest displacements Dhgf occur depends primarily on the [5] displacements reduce until they stabilize to a value similar to Dhgs (at large distances). For mild slopes and high free faces, the displacement profile is similar to that for intermediate H and S values, but the displacements near the free face (including Dhmax,gf) are significantly larger. These observations lead to the categorization of three (horizontal) displacement profile types—sloping ground (G), low free face (FL), and high free face (FH)—based primarily on the H and S values and, secondarily, on the excitation intensity. In all scenarios, in front and far from the toe of the free face, the horizontal displacement Dhgf is greater than the Dhff and tends asymptotically to zero with distance from the free face. Additionally, settlement behind the crest and heave in front of the toe of the free face are observed, both of which increase in magnitude with increasing free face height (H). These phenomena are not reported in the existing literature. From the statistical analysis of the numerical results, empirical relations are proposed for estimating the maximum displacement at the toe (Dhmax,gf) and the displacement at a distance 4H behind the toe (Dh4H,gf) for FL and FH profiles. Using these along with literature-based estimates for Dhff and Dhgs (e.g., Zhang et al., 2004), a displacement estimation framework is proposed for Dhgf as a function of distance L from the free face toe, applicable across the studied ranges of H, S, and CAV. This proposed framework is qualitatively consistent with Zhang et al. (2004) and shows rough quantitative agreement with three case histories of lateral spreading of sloping ground near a free face. It should be clearly stated here that this proposal is complementary to existing literature and can be used as a generalization thereof	en
heal.advisorName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας
heal.committeeMemberName	Γερόλυμος, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Ζερβός, Αντώνιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false