Ανάπτυξη μεθοδολογιών εκτίμησης της επικινδυνότητας κατολισθήσεων από ισχυρούς σεισμούς: εφαρμογή στο νησί της Λευκάδας

Abstract

This doctoral thesis aims to develop rockfall susceptibility and hazard assessment methodologies with the earthquake's main triggering factor and application on Lefkada island. Emphasis is given to the western coastal slopes of the island, where the limestone rock masses (Pantokratoras, Vigla and Paxoi units) due to active tectonism present a wide range of engineering geological behaviour. In the framework of the present thesis, an engineering geological classification of all the island's geological units was employed, while the research was focused on the three specific areas-units, which cover the total of the western coastal slopes. A digital Geodatabase was designed and constructed, including 137 cases – rockfall events, which were in detail recorded in situ just after the 2015 earthquake event in the western coastal slopes, which subsequently were completed with cases – events from past earthquakes using several sources of information. The susceptibility assessment was employed through the rockfall intensity (kinetic energy) changes of a specific rock block for each area-unit through theoretical approaches-simulations and the use of Rocfall software (Rocscience Inc.), which constitutes one of the most widely used rockfall simulation computer programs, in 66 selected consecutive cross-sections. The simulation input data is obtained from the element's digital Geodatabase processing and back-analyses of the recorded actual events, applying a particular computational model (ana-rock). Two earthquake scenarios were adopted for the intensity assessment by importing the Peak Ground Velocity (PGV) as initial velocity in the simulations and specifically (a) in normal conditions (aseismic with zero initial velocity) and (b) by selecting the two most recent strong earthquakes (2003 and 2015) which were occurred in the island (with the respective peak ground velocities as initial). The results showed no significant intensity differences (<15%). In addition, a normalized intensity was proposed and estimated, simultaneously expressing the phenomenon's susceptibility and size – area (severity) as a qualitative homogenization measure of the kinetic energy that emerges in the individual units. The intensity, as well as the "normalized intensity", were depicted in suitable-scaled maps. Information about the reactivation of landslide phenomena of rockfall type was evaluated for the rockfall hazard assessment, which was identified in 131 recorded events of the Geodatabase from earthquakes for a 100-year time frame. This framework assessed the return period and the respective annual probability of rockfall occurrence. The combination of the “normalized intensity” and occurrence probability has led to a rough rockfall hazard assessment and the final depiction on a suitable-scaled map.

Στην παρούσα διατριβή γίνεται προσπάθεια ανάπτυξης μεθοδολογιών αποτίμησης της επιδεκτικότητας (susceptibility) και της επικινδυνότητας (hazard) καταπτώσεων βράχων που έχουν κύριο έναυσμα εκδήλωσης τον σεισμό, με εφαρμογή το νησί της Λευκάδας. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στα πρανή της δυτικής παράκτιας ζώνης του νησιού, όπου οι ασβεστολιθικές βραχομάζες (ενότητες Παντοκράτορα, Βίγλας και Παξών) λόγω τεκτονισμού, παρουσιάζουν ένα ευρύ πλαίσιο τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς. Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκε τεχνικογεωλογική διάκριση όλων των γεωλογικών ενοτήτων του νησιού, ενώ η έρευνα εστιάστηκε στις τρεις συγκεκριμένες περιοχές – ενότητες, που καλύπτουν το σύνολο των πρανών της δυτικής παράκτιας ζώνης. Σχεδιάστηκε και δημιουργήθηκε ψηφιακή Βάση Δεδομένων από 137 περιπτώσεις – συμβάντα καταπτώσεων βράχων που λεπτομερώς καταγράφηκαν επιτόπου αμέσως μετά από το σεισμό του 2015 στα πρανή της δυτικής παράκτιας ζώνης, τα οποία στη συνέχεια συμπληρώθηκαν με περιπτώσεις – συμβάντα από παλαιότερους σεισμούς χρησιμοποιώντας διάφορες πηγές πληροφόρησης. Η εκτίμηση της επιδεκτικότητας έγινε μέσω των μεταβολών της έντασης (κινητικής ενέργειας) της κατάπτωσης συγκεκριμένου βραχοτεμάχους για την κάθε περιοχή – ενότητα με θεωρητικές προσεγγίσεις – προσομοιώσεις και χρήση του λογισμικού Rocfall (Rocscience Inc.) το οποίο αποτελεί ένα από τα πλέον ευρέως χρησιμοποιούμενα λογισμικά προσομοίωσης καταπτώσεων, σε 66 επιλεγμένες διαδοχικές διατομές. Τα δεδομένα εισόδου των προσομοιώσεων προήλθαν από επεξεργασία των στοιχείων της ψηφιακής Βάσης Δεδομένων και από αντίστροφες αναλύσεις των καταγεγραμμένων πραγματικών συμβάντων, με εφαρμογή ειδικού υπολογιστικού κώδικα (ana-rock). Δοκιμάστηκαν δύο κύρια επιμέρους σενάρια από πλευράς σεισμών για την εκτίμηση της έντασης, με την είσοδο της εδαφικής ταχύτητας σαν αρχική στις προσομοιώσεις και συγκεκριμένα (α) σε κανονικές συνθήκες (ασεισμικές με αρχική ταχύτητα μηδέν) και (β) επιλέγοντας τους δύο πιο πρόσφατους ισχυρούς σεισμούς (2003 και 2015) που εκδηλώθηκαν στο νησί (με τις αντίστοιχες εδαφικές ταχύτητες σαν αρχικές). Από την εφαρμογή δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφοροποιήσεις στην ένταση (<15%). Προτάθηκε και εκτιμήθηκε επίσης η «κανονικοποιημένη» ένταση (normalized intensity) που εκφράζει από κοινού την επιδεκτικότητα και το μέγεθος – έκταση (σφοδρότητα) του φαινομένου σαν ένα ποιοτικό μέτρο ομογενοποίησης της κινητικής ενέργειας που εμφανίζεται στις επιμέρους ενότητες. Τόσο ή ένταση όσο και η «κανονικοποιημένη» ένταση αποδόθηκαν σε χάρτες κατάλληλης κλίμακας. Για την αποτίμηση της επικινδυνότητας αξιοποιήθηκαν στοιχεία επανενεργοποίησης - επανεκδήλωσης κατολισθήσεων με τη μορφή καταπτώσεων βράχων, που εντοπίστηκαν σε 131 καταγεγραμμένα περιστατικά της Βάσης Δεδομένων από σεισμούς 100ετίας και έγινε εκτίμηση της περιόδου επαναφοράς και της αντίστοιχης ετήσιας πιθανότητας επαναφοράς αυτών των καταπτώσεων. Ο συνδυασμός της «κανονικοποιημένης» έντασης και της πιθανότητας επαναφοράς οδήγησε σε αδρή εκτίμηση της επικινδυνότητας καταπτώσεων βράχων και την τελική απόδοσή της σε χάρτη κατάλληλης κλίμακας.