Ανάλυση μη-συνεκτικών εδαφών με μακροστοιχεία

Ανάλυση μη-συνεκτικών εδαφών με μακροστοιχεία

Οι παρατηρούμενες καταστροφές λόγω ρευστοποίησης του εδάφους σε πρόσφατους σεισμούς, οδήγησαν στην ανάγκη ανάπτυξης ενός αριθμητικού αλγορίθμου για την ανάλυση της κυματικής απόκρισης πολύστρωτου εδαφικού σχηματισμού, με δυνατότητα αναπαραγωγής του φαινομένου της ρευστοποίησης, λαμβάνοντας υπόψη την ταυτόχρονη αποτόνωση των υπερπιέσεων των πόρων που αναπτύσσονται κατά την σεισμική διέγερση κορεσμένου μη συνεκτικού εδάφους, μέσω της κατακόρυφης στερεοποίησης του. Ο αλγόριθμος βασίζεται στο ελαστο-πλαστικό καταστατικό προσομοίωμα για άμμο Ta-Ger, διατυπωμένο στον μονοδιάστατο χώρο των τάσεων p-q, το οποίο προσφέρει αξιοσημείωτη ευελιξία στην αναπαράσταση σύνθετων μηχανισμών ανακυκλικής συμπεριφοράς της άμμου, όπως η μείωση της δυσκαμψίας και η απώλεια της αντοχής λόγω ανάπτυξης υπερπιέσεων πόρων. Το εν λόγω προσομοίωμα τροποποιείται μαθηματικά από την αρχική μορφή του, ώστε να εξυπηρετήσει την προτεινόμενη ενοποιημένη μεθοδολογία βαθμονόμησης για συνθήκες φόρτισης με πλήρως εμποδιζόμενη και μη εμποδιζόμενη στράγγιση αντίστοιχα, για αμμώδη και αργιλικά εδάφη. Η διαδικασία βαθμονόμησης βασίζεται στην ταυτόχρονη αναπαραγωγή πειραματικών καμπυλών για το τέμνον μέτρο διάτμησης (G-γ) και την υστερητική απόσβεση (ξ-γ) συναρτήσει της διατμητικής παραμόρφωσης για φόρτιση με ελεύθερη στράγγιση και καμπυλών αντίστασης σε ρευστοποίηση για φόρτιση υπό συνθήκες εμποδιζόμενης στράγγισης. Το προσομοίωμα εισάγεται σε αλγόριθμο επίλυσης άμεσης μεθόδου πεπερασμένων διαφορών, που πραγματοποιεί ολοκλήρωση της διαφορικής εξίσωσης διάδοσης κύματος, η επίλυση της οποίας επαληθεύεται μέσω αναλυτικών λύσεων. Ο αλγόριθμος επικυρώνεται μέσω σύγκρισης με πειραματικά αποτελέσματα σε φυγοκεντριστή και με την καταγεγραμμένη απόκριση του εδάφους του Port island, στο σεισμό του Kobe 1995. Ακολουθεί εφαρμογή του μοντέλου, με στόχο τη σύνθεση φασμάτων απόκρισης κατάλληλων για τον αντισεισμικό σχεδιασμό κατασκευών σε ρευστοποιήσιμο έδαφος (έδαφος κατηγορίας S2) κατά τον EC8:2004. Η μεθοδολογία αναφέρεται στη σεισμική ανάλυση διαφόρων εδαφικών προφίλ που περιλαμβάνουν μια ρευστοποιήσιμη στρώση, υποβαλλόμενων σε πλήθος πραγματικών σεισμικών καταγραφών στη βάση τους, με σκοπό την εξαγωγή του φάσματος απόκρισης σχεδιασμού σε όρους S, η, ΤΒ και TC. Ο αλγόριθμος αξιοποιείται και για την προσομοίωση εδαφικών στραγγιστηρίων, που τοποθετούνται με σκοπό την αποτόνωση των υπερπιέσεων του νερού των πόρων του εδάφους. Η διαφορική εξίσωση της εδαφικής στερεοποίησης επαναδιατυπώνεται ώστε να ληφθεί υπόψη και η οριζόντια υδατική ροή, σε αξονοσυμμετρικό μοντέλο. Το μοντέλο επαληθεύεται μέσω σύγκρισης με τριδιάστατες αριθμητικές αναλύσεις στο FLAC3D, μιας λεπτής στρώσης ρευστοποιήσιμης άμμου ενισχυμένης με κατακόρυφα στραγγιστήρια, περιβαλλόμενης από αργιλικές στρώσεις, ώστε να αποτρέπεται η κατακόρυφη στράγγιση.