تأثیر عدم قطعیت عدد نفوذ استاندارد بر تغییر مکان لرزه‌ای دیوار ساحلی وزنی؛ مطالعه موردی: بندر کوبه

حدیث معظمی, یاسر جعفریان, محمد کاظم جعفری

چکیده


تحلیل لرزه‌ای و بهبود عملکرد سازه‌های ژئوتکنیکی ساحلی به علت نقش مهمی که در اقتصاد کشورها ایفا می‌کنند از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. از سویی دیگر، عدم قطعیت1 پارامترهای سازه‌ای، لرزه‌ای و ژئوتکنیکی اثر بسزایی در تحلیل‌های لرزه‌ای سیستم‌های دریایی به‌ویژه دیوارهای ساحلی2 دارد. در اکثر تحلیل‌ها از اثر عدم قطعیت پارامترهای ژئوتکنیکی علی‌رغم اهمیت آنها صرف‌نظر می‌شود و در بین مهندسین، استفاده از راهکاری که بتواند اثر چنین عدم قطعیتی را در نظر بگیرد متداول نیست. در این مقاله سعی بر آن است تا با در نظر گرفتن عدم قطعیت موجود در عدد نفوذ استاندارد طی تحلیل‌های لرزه‌ای دیوارهای ساحلی وزنی، میزان تأثیر عدم قطعیت این کمیّت مهم در تغییر مکان لرزه-ای مورد بررسی قرار گیرد. به این منظور، با مدلسازی عددی یک دیوار ساحلی وزنی در نرم‌افزار تفاضل محدود FLAC2D و احتساب عدم قطعیت عدد نفوذ استاندارد اصلاح ‌شده در مصالح اطراف دیوار، اثر این عدم قطعیت‌ها با بررسی مقادیر تغییر مکان افقی و نشست لرزه‌ای دیوار بررسی شده است. لازم به ذکر است که از مطالعه‌ی موردی دیوار ساحلی صندوقه‌ای واقع در لنگرگاه روکو3 ژاپن که مشتمل بر اطلاعات لرزه‌ای، ژئوتکنیکی و همچنین مشاهدات محلی است به‌‌منظور صحت-سنجی مدلسازی عددی استفاده ‌شده است. نشان داده می‌شود که در نظر گرفتن توزیع تصادفی عدد نفوذ استاندارد به‌جای مقادیر قطعی این پارامتر در مصالح اطراف دیوار تأثیر بسزایی بر میزان تغییر مکان، نشست، چرخش و در مجموع پاسخ لرزه‌ای4 این دیوار ساحلی دارد. این مطالعه روشی را پیشنهاد می‌کند که می‌تواند عدم قطعیت خصوصیات ژئوتکنیکی مصالح را در تحلیل‌های دینامیکی در نظر بگیرد و مبنایی برای طراحی احتمالاتی دیوار ساحلی بر اساس تغییر مکان‌های ماندگار باشد.

On the Importance of SPT N-Value Uncertainty in Evaluation of Seismic Displacement of Gravity Quay Wall: Case Study of the Kobe Port

Hadis Moazzami, Yasser Jafarian, Mohammad Kazem Jafari

Ports are very important nodes of national and international transportation networks and play a crucial role in economic activity of the nations. It is widely acknowledged that the port facilities should be designed carefully to tolerate against the strong earthquakes. On the other hand, uncertainty of structural and geotechnical parameters has a significant impact on seismic performance of the marine systems. In most engineering practices, however, this impact is ignored and the designers prefer to estimate and employ some representative parameters. Therefore, realistic estimation of seismic performance of port structures requires a probabilistic approach based on appropriate involvement of soil and ground motion variability.
In this study, the caisson-type quay wall of Rokko Island is considered for the numerical analyses. The foundation and the backfill soils of this well-documented quay wall were liquefied during the Kobe 1995 earthquake, as resulted in approximately 4 m seaward displacement. It settled about 1 m to 2 m and tilted about 4 degrees outward. For nonlinear dynamic analyses in FLAC 2D, the UBCSAND constitutive model was employed in order to account for liquefaction of backfill and foundation soil. Soil is variable in the nature and its geotechnical parameters are rarely constant in spatial directions. Since the parameters of the employed constitutive model (UBCSAND) were totally correlated to the corrected standard penetration resistance (N1,60), there would be an excellent chance to generate numerous series of random field data through the interpolation of the available boring log data around the quay wall. The covariance of these random data was considered 45% and the mean values were extracted from the interpolation results of the available boreholes. Subsequently, nonlinear dynamic analyses were carried out by the generated random field data. Numerical modeling based on the deterministic parameters resulted in horizontal and vertical displacements of 4.7 m and 1.9 m, respectively. By applying uncertainty of the standard penetration test parameter in nonlinear dynamic analyses, the resulted quay wall displacements vary in the ranges of 4.7-5.7 m and 1.2-1.8 m, respectively, in the horizontal and vertical directions. These impressive changes indicate that the involvement of spatial variability of soil parameter has significant effects on the assessment of permanent displacement in the quay wall systems. This paper presents a reliable and simple method for consideration of spatial variability of standard penetration test results in dynamic analysis of gravity quay walls. The resulting numerical displacements can be employed for probabilistic seismic design of the quay wall.

Keywords: Seismic Performance, Uncertainty, Quay Wall, FLAC2D.


موضوع


پاسخ لرزه‌ای، عدم قطعیت ژئوتکنیکی، دیوار ساحلی، FLAC2D.

تمام متن:

PDF

مراجع


Inagaki, H., Iai, S., Sugano, T., Yamazaki, H., and Inatomi, T. (1996) Performance of caisson type quay walls at Kobe port. Soils and Foundations, 36(Special Issue), 119-136.

Dakoulas, P. and Gazetas, G. (2005) Seismic effective-stress analysis of caisson quay walls: application to Kobe. Soils and Foundations, 45(4), 133-147.

Na, U.J., Chaudhuri, S.R., and Shinozuka, M. (2008) Probabilistic assessment for seismic performance of port structures. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 28(2), 147-158.

Na, U.J., Chaudhuri, S.R., and Shinozuka, M. (2009) Effects of spatial variation of soil properties on seismic performance of port structures. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 29(3), 537-545.

Itasca Consulting Group (1996) FLAC2D User’s Manual. USA: Minnesota.

Daftari, A. and Kudla, W. (2014) Prediction of Soil Liquefaction by Using UBC3D-PLM Model in PLAXIS. International Journal of Environmental, Ecological, Geological and Mining Engineering.

PLAXIS, B. (2006) Material Model Manual PLAXIS. Version 8.2. Delft, the Netherlands.

Beaty, M.H. and Byrne, P.M. (2011) UBCSAND Constitutive Model Version 904aR: Documentation Report.

Beaty, M.H. and Byrne, P.M. (2011) UBCSAND Constitutive Model. Version 904aR. Document report: UBCSAND Constitutive Model on Itasca UDM Website: http://www.itasca-udm. com/pages/continuum.html.

Baziar, M.H., Dobry, R., and Elgamal, A.W.M. (1992) Engineering Evaluation of Permanent Ground Deformations due to Seismically-Induced Liquefaction. National Center for Earthquake Engineering Research.

Dashti, S. and Bray, J.D. (2012) Numerical simulation of building response on liquefiable sand. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 139(8), 1235-1249.

Shriro, M. and Bray, J.D. (2011) Seismic Assessment of Earth Structures Overlying Potentially Liquefiable Soils. Final Technical Report of USGS.

http://peer.berkeley.edu/smcat/search.html.

Bolton Seed, H., Tokimatsu, K., Harder, L.F., & Chung, R. M. (1985) Influence of SPT procedures in soil liquefaction resistance evaluations. Journal of Geotechnical Engineering, 111(12), 1425-1445.

Look, B.G. (2014) Handbook of Geotechnical Investigation and Design Tables. CRC Press.

Bardet, J.P. and Hu, J. (2003) Spatial Modeling of Liquefaction-induced Ground Deformation at Kobe Port Island. Proceedings, 8th US-Japan Workshop on Earthquake Resistant Design of Lifeline Facilities and Countermeasures Against Soil Liquefaction, 173-190.

Sorush, A. and Vazirian, A.V. (2005) The use of probabilistic methods in the evaluation of the sustainability of the slopes, case study. 1st National Congress of Civil Engineering, Tehran, Iran (in Persian).


ارجاعات

  • در حال حاضر ارجاعی نیست.


تماس با ما حامیان مجله تمامی حقوق این سایت متعلق به فصلنامه علوم و مهندسی زلزله است