Μελέτη της σεισμικής συμπεριφοράς τοίχων εδαφικής αντιστήριξης τύπου βαρύτητας: αριθμητικές αναλύσεις παρατηρηθείσας συμπεριφοράς πεδίου και παραμετρικές διερευνήσεις

Abstract

The subject of the Thesis is the study of the seismic behavior of gravity type of earth retaining structures. The study was performed by conducting dynamic numerical analyses and comparing the results with observed/measured field behavior and published information. The motivation of the study was the 2014 Cephalonia earthquake doublet and their effects on the earth retaining structures of the island. The Thesis is divided into two parts: PART A contains the description of the observed behavior of three retaining walls in the 2nd main event (Mw 6.0) of the earthquakes and its comparison with the numerically estimated behavior using the code PLAXIS. PART B includes a parametric numerical investigation of the effect of cohesive backfill material of retaining walls on their seismic behavior. In PART A is presented the geological/tectonic/geotechnical condition encountered in Cephalonia island and the numerical analyses and results for the three cases of retaining walls. Information is also presented for the finite element code (PLAXIS) used in the analyses, the in-situ evaluation of Vs profiles at the location of the three walls, for the details of numerical simulations and the development of time histories of horizontal acceleration which were used for the base excitation of “wall-soil” systems. The results of the numerical analyses, concerning the seismic stress fields and kinematic behavior of the system which are then compared to the results of analytical predictions and field measurements. PART B of the Thesis presents the results of parametric numerical analyses concerning the effects of backfill cohesion on the behavior of the system “wall-soil”. More specifically, this part of the Thesis presents the characteristics of two gravity type earth retaining walls (with heights of 4.0m and 7.5m), of the foundation and the backfill soil materials, for the development of time histories of base excitations and of numerical simulations. The results of the analyses included the phase difference between the wall inertial forces and the earth thrust, the distribution of seismic earth pressures along the height of the walls, the seismic displacements (cyclic and residual) of the wall, the residual seismic earth pressures on the wall, and the settlement of the backfill of the wall. Finally, the conclusions derived from the analyses of the results of numerical analyses of both parts of the Thesis (PART A and PART B) are presented.

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή έχει ως αντικείμενο τη μελέτη της σεισμικής συμπεριφοράς τοίχων εδαφικής αντιστήριξης τύπου βαρύτητας. Η μελέτη αυτή πραγματοποιήθηκε με την διεξαγωγή αριθμητικών αναλύσεων και σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με παρατηρηθείσες συμπεριφορές πεδίου και με αποτελέσματα διαθέσιμα από τη βιβλιογραφία. Αφορμή για τη συγγραφή της Διδακτορικής Διατριβής αποτέλεσαν οι σεισμοί (κυρίως ο 2ος κύριος σεισμός) που έλαβαν χώρα στο νησί της Κεφαλονιάς το 2014 (26/01/2014 και 03/02/2014). Η Διατριβή χωρίζεται σε δύο μέρη: α) ΜΕΡΟΣ Α, το οποίο περιλαμβάνει την αριθμητική προσομοίωση της παρατηρηθείσας/μετρηθείσας συμπεριφοράς τριών τοίχων εδαφικής αντιστήριξης κατά τον 2ο κύριο σεισμό της Κεφαλονιάς (3 Φεβρουαρίου, 2014) με τον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων PLAXIS και σύγκριση της παρατηρηθείσας με την υπολογιζόμενη συμπεριφορά, ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα για την αξιοπιστία του συγκεκριμένου κώδικα, και β) ΜΕΡΟΣ Β, το οποίο περιλαμβάνει την αριθμητική παραμετρική διερεύνηση της επίδρασης συνεκτικής εδαφικής επίχωσης τοίχων αντιστήριξης στη σεισμική συμπεριφορά τους. Στο ΜΕΡΟΣ Α γίνεται παρουσίαση των γεωλογικών/τεκτονικών/γεωτεχνικών συνθηκών που συναντώνται στο νησί της Κεφαλονιάς, των αναλύσεων αλλά και των αποτελεσμάτων που προέκυψαν για τους 3 τοίχους εδαφικής αντιστήριξης που μελετήθηκαν. Ακόμα, παρουσιάζονται πληροφορίες για το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε στις αριθμητικές αναλύσεις συμπεριφοράς των τοίχων (PLAXIS), για τον επι-τόπου προσδιορισμό ορισμένων εδαφικών παραμέτρων στις θέσεις των τριών τοίχων αντιστήριξης, για την κατάρτιση των αριθμητικών προσομοιωμάτων του συστήματος “τοίχος–έδαφος”, και για τον προσδιορισμό των χρονικών ιστοριών οριζόντιας επιτάχυνσης που χρησιμοποιήθηκαν ως σεισμικές διεγέρσεις των αριθμητικών προσομοιωμάτων των τοίχων αντιστήριξης. Επιπλέον, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αριθμητικών αναλύσεων που αφορούν τα εντατικά μεγέθη (σεισμικές εδαφικές ωθήσεις) και την κινηματική συμπεριφορά του συστήματος (σεισμικές μετακινήσεις του συστήματος) και συγκρίνονται με αντίστοιχα αποτελέσματα (προβλέψεις) αναλυτικών επιλύσεων και μετρηθείσες τιμές. Το ΜΕΡΟΣ Β περιλαμβάνει τα στοιχεία και τα αποτελέσματα των αριθμητικών αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν για τη διερεύνηση της επίδρασης της συνοχής της εδαφικής επίχωσης στο σύστημα “τοίχος–έδαφος”. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά των δύο συστημάτων “τοίχος–έδαφος” που χρησιμοποιήθηκαν στις αναλύσεις – με ύψη τοίχων 4.0m και 7.5m – για το έδαφος θεμελίωσης των τοίχων, τα εδαφικά υλικά επίχωσης των τοίχων, τις σεισμικές διεγέρσεις βάσης που χρησιμοποιήθηκαν στις αναλύσεις και την κατάρτιση των αριθμητικών προσομοιωμάτων. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων των αναλύσεων περιέλαβε τη διαφορά φάσης μεταξύ της κίνησης του τοίχου και της δράσης της εδαφικής σεισμικής φόρτισης, την κατανομή των σεισμικών εδαφικών ωθήσεων καθ’ύψος του τοίχου, τις σεισμικές μετακινήσεις του τοίχου (κυκλικές και παραμένουσες), τις παραμένουσες σεισμικές εδαφικές ωθήσεις και την καθίζηση της εδαφικής επίχωσης του τοίχου. Τέλος, συνοψίζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την ανάλυση των αποτελεσμάτων των αριθμητικών αναλύσεων τόσο του ΜΕΡΟΥΣ Α της Διατριβής (αριθμητική προσομοίωση της σεισμικής συμπεριφοράς των τριών τοίχων) όσο και του ΜΕΡΟΥΣ Β (παραμετρική διερεύνηση της επίδρασης συνεκτικής εδαφικής επίχωσης των τοίχων αντιστήριξης).