ΠΕΝΕΔ 2003

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΩΝ ΑΠΟΛΥΤΑ ΤΑΥΤΙΖΟΜΕΝΩΝ ΣΤΡΩΜΑΤΩΝ

Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται ο αριθμητικός έλεγχος της ακρίβειας και της ορθότητας του σχήματος των Π.Δ. με ενσωματωμένο το σχηματισμό μη-χωριζόμενων απόλυτα ταυτιζόμενων στρωμάτων. Ο έλεγχος πραγματοποιήθηκε με τη σύγκριση συνθετικών δεδομένων που υπολογίστηκαν με τη μέθοδο των Π.Δ., για διάφορα συνθετικά προσομοιώματα, με θεωρητικά δεδομένα που υπολογίστηκαν από την εφαρμογή της αναλυτικής μεθόδου του Διακριτού Κυματάριθμου (Δ.Κ.) (Discrete Wavenumber method) (Bouchon, 1981; υπολογιστικός κώδικας Axitra, Coutant, 1989). Από τις συγκρίσεις αυτές προέκυψε ένα απόλυτο μέτρο αξιολόγησης των συνθετικών καταγραφών που παράχθηκαν με τη μέθοδο των Π.Δ. αλλά και της αποτελεσματικότητας των απόλυτα ταυτιζόμενων στρωμάτων ως τεχνητό όριο.

Ένα επιπλέον μέτρο που χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων είναι η σύγκρισή τους με συνθετικά αποτελέσματα που υπολογίστηκαν με τη μέθοδο των Π.Δ. σε διευρυμένα υπολογιστικά προσομοιώματα. Συγκεκριμένα οι υπολογισμοί με τη μέθοδο των Π.Δ. εκτελέστηκαν και για μια διευρυμένη εκδοχή των συνθετικών προσομοιωμάτων, με μεγαλύτερες διαστάσεις υπολογιστικού χώρου και την ίδια γεωμετρία πηγής-δεκτών τοποθετημένων στον υπολογιστικό χώρο, όμως, με τέτοιο τρόπο που δεν έφταναν στους δέκτες τεχνητές ανακλάσεις από τα απορροφητικά όρια. Με τον τρόπο αυτό υπολογίστηκαν συνθετικές κυματομορφές από αριθμητική προσομοίωση, απαλλαγμένες από τις τεχνητές ανακλάσεις των απορροφητικών ορίων, που χρησιμοποιήθηκαν ως αποτελέσματα αναφοράς για τη σύγκριση τους με τις υπόλοιπες συνθετικές κυματομορφές.

Οι συγκρίσεις πραγματοποιήθηκαν στα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή των μεθόδων σε δύο συνθετικά προσομοιώματα, ένα ομογενούς ημιχώρου και ένα με επιφανειακό στρώμα υπερκείμενο ενός ομογενούς ημιχώρου. Για το ομογενές προσομοίωμα, οι υπολογισμοί εκτελέστηκαν για δυο διαφορετικές τιμές του λόγου Poisson V_p/V_s=4 και V_p/V_s=1.78 (προσομοίωμα Α και Β αντίστοιχα), με στόχο τον έλεγχο της σταθερότητας του σχήματος των Π.Δ. σε προσομοιώματα με ακραίες τιμές λόγου Poisson . Τυπικά αποτελέσματα από τις προηγούμενες συγκρίσεις παρουσιάζονται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1. Επιμήκεις συνιστώσες συνθετικών κυματομορφών που υπολογίστηκαν με τη χρήση μη ανακλαστικών ορίων μαζί με τις κυματομορφές για πάχη της ζώνης των απόλυτα ταυτιζόμενων στρωμάτων 10 και 30, για το προσομοίωμα Α και κάθετη πρόσπτωση κυρίως των επιμήκων κυμάτων.

Kατεβάστε το κεφάλαιο σε μορφή PDF

ΓΕΩΦΥΣΙΚΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΑ-ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΟΜΟΡΦΩΝ

Η πόλη της Θεσσαλονίκης βρίσκεται στη γεωλογική ζώνη Αξιού-Βαρδάρη που συνορεύει με την Περιροδοπική ζώνη και με τη Σερβομακεδονική, μια από τις πλέον σεισμοτεκτονικά ενεργές περιοχές της Ελλάδας (Papazachos et al. 1983). Η πόλη εκτείνεται γύρω από το Θερμαϊκό κόλπο και παρουσιάζει τοπογραφικό ανάγλυφο που ξεκινάει από την παραλιακή λεωφόρο στο επίπεδο της θάλασσας και καταλήγει στις ΒΑ παρυφές της με λόφους ύψους 100-150 m . Από γεωλογική άποψη, το πολεοδομικό συγκρότημα παρουσιάζει ποικιλομορφία ως προς τους γεωλογικούς σχηματισμούς και τα διάφορα υλικά που περιλαμβάνει ο καθένας από αυτούς. Το πολεοδομικό συγκρότημα εδράζεται σε 3 μεγάλης κλίμακας βασικές γεωλογικές ενότητες με γενική διεύθυνση ΒΔ-ΝΑ. Η πρώτη ενότητα αφορά το μεταμορφωμένο υπόβαθρο (γνεύσιοι, πρασινοσχιστόλιθοι, επιγνεύσιοι) με επιφανειακή εμφάνιση στα Β-ΒΑ του πολεοδομικού συγκροτήματος. Το βραχώδες υπόβαθρο βυθίζεται από 150 έως 400 m περίπου στη Δ-ΝΔ ακτογραμμή. Η δεύτερη ενότητα αποτελείται από αλλουβιακές αποθέσεις του Νεογενούς (ερυθρές ιλυώδεις άργιλοι) που καλύπτουν το υπόβαθρο. Οι πρόσφατες αποθέσεις Ολοκαινικών αργίλων-άμμων-φερτών υλικών συνθέτουν την τρίτη και επιφανειακή ενότητα.

Η πόλη δοκιμάστηκε από πολλούς ισχυρούς σεισμούς (σχήμα 4.5), πολλοί από τους οποίους ήταν καταστροφικοί. Μερικοί από τους μεγαλύτερους σεισμούς ήταν της Θεσσαλονίκης το 1759 (Μ 6.5), της Ασσήρου το 1902 (Μ 6.6), της Ιερισσού το 1932 (Μ 7.0) και της Θεσσαλονίκης το 1978 (Μ 6.5), (Παπαζάχος και Παπαζάχου, 2002). Στο σχήμα 1 παρουσιάζεται χάρτης των επικέντρων γνωστών σεισμών που σημειώθηκαν στο Βορειοελλαδικό χώρο για το χρονικό διάστημα από το 550 π.Χ. μέχρι το 2006 με μέγεθος Μ>=4.5.

Σχήμα 1. Χάρτης των επικέντρων γνωστών σεισμών που σημειώθηκαν στο Βορειοελλαδικό χώρο για το χρονικό διάστημα από το 550 π.Χ. μέχρι το 2006 με μέγεθος Μ>=4.5. Τα δεδομένα είναι πλήρη για μεγέθη μεγαλύτερα ή ίσα του 5.5 από το 1901, 4.9 από το 1911 και 4.5 από το 1950 (Papazachos et al., 2006).

Στο κεφάλαιο παρουσιάζεται η τροποποίηση των διαθέσιμων τρισδιάστατων εδαφικών προσομοιωμάτων (Anastasiadis et al., 2001; Apostolidis et al., 2004a,b) για την περιοχή της Θεσσαλονίκης με σκοπό την παραγωγή υπολογιστικών προσομοιωμάτων που θα χρησιμοποιηθούν για την προσομοίωση τρισδιάστατων συνθετικών καταγραφών με τη μέθοδο των Πεπερασμένων Διαφορών (Π.Δ). Παρουσιάζονται επίσης οι παράμετροι των σεισμών που επιλέχθηκαν για προσομοίωση και τέλος παρατίθενται όλες οι τιμές των παραμέτρων που χρησιμοποιήθηκαν για την εκτέλεση των υπολογισμών.

Kατεβάστε το κεφάλαιο σε μορφή PDF

ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΑΠΟ 3D ΓΕΩΦΥΣΙΚΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΑ

Τα αποτελέσματα που παράχθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο συγκρίθηκαν με ενόργανες παρατηρήσεις και συνθετικά δεδομένα από άλλες μεθοδολογίες, με σκοπό τον έλεγχο της αξιοπιστίας και της λειτουργικότητας των τρισδιάστατων γεωφυσικών προσομοιωμάτων, σε σχέση με τη μέθοδο των Πεπερασμένων Διαφορών (Π.Δ.). Η σύγκριση με τις ενόργανες παρατηρήσεις πραγματοποιήθηκε στο πεδίο των συχνοτήτων, αφού οι συνθετικές καταγραφές των Π.Δ. προέρχονται από συγκεκριμένα σενάρια που δεν αντιστοιχούν σε κάποιο πραγματικό σεισμό, έτσι ώστε να μπορούν να πραγματοποιηθούν άμεσες συγκρίσεις κυματομορφών στο πεδίο του χρόνου. Συνοπτικά, στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται:

• Συγκρίσεις των κλασικών φασματικών λόγων SSR που προέκυψαν από τα έξι σεισμικά σενάρια για το εδαφικό προσομοίωμα του Αποστολίδη (2002) με τα αποτελέσματα από ενόργανες παρατηρήσεις των Lachet et al. (1996) και Triantafyllidis et al. (2004b ).
• Συγκρίσεις των κλασικών φασματικών λόγων SSR και των φασματικών λόγων H/V για τα έξι σεισμικά σενάρια και το εδαφικό προσομοίωμα των Anastasiadis et al. (2001) με αποτελέσματα που προέκυψαν από ενόργανες παρατηρήσεις των Lachet et al. (1996), Triantafyllidis et al . (2004 b), Πάνου (2007) καθώς και από μονοδιάστατη και δισδιάστατη προσομοίωση (Triantafyllidis et al., 2004b, Raptakis et al., 2004 b και Πάνου, 2007).
• Μελέτη της χωρικής μεταβολής των φασμάτων απόκρισης και των φασμάτων πλάτους Fourier για τα έξι σεισμικά σενάρια.
• Συγκρίσεις με αποτελέσματα άλλων εργασιών κατά μήκος τομών στην περιοχή της Θεσσαλονίκης από τους Raptakis et al. (2004a, 2004b) και τους Triantafyllidis et al. (2004a, 2004b) στο πεδίο των συχνοτήτων και του χρόνου.

Στο σχήμα 1 παρουσιάζονται τυπικά αποτελέσματα συγκρίσεων κλασικών φασματικών λόγων SSR για δύο θέσεις στο πολεοδομικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης, αρχαία αγορά (AGO) και κτήριο εργαστηρίου Εδαφομηχανικής ΑΠΘ (LAB).

Σχήμα 1. Μέσοι όροι των επιμέρους φασματικών ενισχύσεων από τα έξι σενάρια, που προέκυψαν από την εφαρμογή της μεθόδου SSR στις οριζόντιες συνιστώσες (μαύρη καμπύλη). Με τη στικτή καμπύλη φαίνεται η τυπική διακύμανση της μέσης φασματικής ενίσχυσης. Οι μέσες φασματικές ενισχύσεις των Lachet et al. (1996) και Triantafyllidis et al. (2004a), από ενόργανες παρατηρήσεις, φαίνονται με τη μπλε και την πράσινη καμπύλη, αντίστοιχα. Με την ροζ και την κόκκινη καμπύλη παρουσιάζονται οι φασματικές ενισχύσεις από μονοδιάστατες και δισδιάστατες προσομοιώσεις των Triantafyllidis et al. (2004b) ενώ με κίτρινο και καφέ χρώμα παριστάνονται οι φασματικές ενισχύσεις από μονοδιάστατες και δισδιάστατες προσομοιώσεις των Raptakis et al. (2004b).

Kατεβάστε το κεφάλαιο σε μορφή PDF

ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΙΣΧΥΡΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΤΟΥ ΣΕΙΣΜΟΥ ΤΗΣ 4^ης ΙΟΥΛΙΟΥ 1978 (Μ5.1)

Στα προηγούμενα κεφάλαια μελετήθηκε η αξιοπιστία των διαθέσιμων τρισδιάστατων εδαφικών προσομοιωμάτων για την ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης, μέσω της σύγκρισης των χαρακτηριστικών της σεισμικής κίνησης από διάφορα σενάρια σεισμών με τη χρήση μέσων πειραματικών καμπυλών φασματικής ενίσχυσης για διάφορες θέσεις στην περιοχή μελέτης. Στο παρόν κεφάλαιο εξετάζεται επιπρόσθετα η αξιοπιστία του εδαφικού προσομοιώματος των Anastasiadis et al. (2001) με τη σύγκριση των συνθετικών καταγραφών με ενόργανες παρατηρήσεις στο πεδίο του χρόνου και των συχνοτήτων. Για το λόγο αυτό επιλέχθηκε να γίνει προσομοίωση του σεισμού της 4^ης Ιουλίου 1978, ο οποίος αποτελεί τον ισχυρότερο μετασεισμό του μεγάλου σεισμού της 20^ης Ιουνίου 1978 που συνέβη στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται χάρτης με τα επίκεντρα και μηχανισμούς γένεσης του κύριου σεισμού και του ισχυρότερου μετασεισμού της ακολουθίας του 1978.

Σχήμα 1. Επίκεντρα και μηχανισμοί γένεσης του κύριου σεισμού και εκτιμώμενος μηχανισμός γένεσης του ισχυρότερου μετασεισμού της ακολουθίας του 1978. Με τα μαύρα τρίγωνα σημειώνονται οι θέσεις για τις οποίες υπάρχουν ενόργανες καταγραφές ισχυρής κίνησης από το μετασεισμό της 4^ης Ιουλίου 1978.

Η επιλογή του συγκεκριμένου σεισμού έγινε για δύο κυρίως λόγους:

• Για το σεισμό αυτό υπάρχουν διαθέσιμες καταγραφές ισχυρής κίνησης στο πολεοδομικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης και κατά συνέπεια υπάρχει η δυνατότητα σύγκρισης των συνθετικών καταγραφών με πραγματικά δεδομένα.
• Λόγω του σχετικά μικρού πλάτους των εδαφικών κινήσεων δεν αναμένεται η εμφάνιση μη γραμμικών φαινομένων στη συμπεριφορά των εδαφών. Παράλληλα, το μικρό μέγεθος του σεισμού εξασφαλίζει την απουσία πολύπλοκων χαρακτηριστικών διάρρηξης που θα ήταν πολύ δύσκολο ή αδύνατο να προσομοιωθούν με τη συγκεκριμένη μέθοδο των Πεπερασμένων Διαφορών και την αντίστοιχη υλοποίησή της σε υπολογιστικό κώδικα.

Kατεβάστε το κεφάλαιο σε μορφή PDF

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Ο κύριος στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η προσομοίωση της σεισμικής κίνησης με τη χρήση τρισδιάστατων προσομοιωμάτων για τους εδαφικούς σχηματισμούς της ευρύτερης περιοχής της Θεσσαλονίκης. Η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε με την αριθμητική μέθοδο των Πεπερασμένων Διαφορών και στα πλαίσια της διατριβής μελετήθηκαν οι κυριότερες ιδιότητες των τεχνητών ορίων που χρησιμοποιούνται για την οριοθέτηση των πεπερασμένων υπολογιστικών προσομοιωμάτων .

Ειδικότερα, ενσωματώθηκε στον υπολογιστικό κώδικα, με τον οποίο υλοποιήθηκε η μέθοδος των Πεπερασμένων Διαφορών στην παρούσα διατριβή, ο σχηματισμός των Μη Χωριζόμενων Απόλυτα Ταυτιζόμενων Στρωμάτων (Non - Splitting Perfect Matching Layers - ΝPML) και μελετήθηκαν οι ιδιότητες του. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκαν συγκρίσεις με άλλα τεχνητά όρια, οι οποίες ανέδειξαν την ανωτερότητα των Απόλυτα Ταυτιζόμενων Στρωμάτων ως τεχνητό όριο στη μέθοδο των Πεπερασμένων Διαφορών.

Για τη μελέτη της θεωρητικής προσομοίωσης της διάδοσης των σεισμικών κυμάτων στην περιοχή της Θεσσαλονίκης, με τη χρήση τρισδιάστατων προσομοιωμάτων εδαφικών σχηματισμών, σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν έξι σεισμικά σενάρια για επιφανειακούς σεισμούς στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης, με τρία διαφορετικά επίκεντρα και δύο διαφορετικούς μηχανισμούς γένεσης. Επίσης, προσομοιώθηκε ο σεισμός της 4^ης Ιουλίου 1978, για μέγιστη θεωρητική συχνότητα, f_max, 3 Hz, και πραγματοποιήθηκαν συγκρίσεις με ενόργανες παρατηρήσεις τόσο στο πεδίο των συχνοτήτων όσο και στο πεδίο του χρόνου οι οποίες οδήγησαν, μεταξύ άλλων, στο συμπέρασμα ότι η πιθανότερη τιμή για το εστιακό βάθος του σεισμού είναι αυτή των 18 Km .

Kατεβάστε το κεφάλαιο σε μορφή PDF