Base de données PRENOLIN · Web viewInternational benchmark on numerical simulations for 1D,...
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Présentation
Le projet PRENOLIN a pour but d’évaluer les incertitudes associées à l’estimation de la réponse sismique des sites, caractérisés par des sols ayant un comportement non-linéaire (NL) et une configuration de site unidimensionnelle (1-D). Un banc d’essai international a été organisé afin de tester de nombreux codes de calculs implémentant des modèles constitutifs des sols variés.
21 équipes de recherche et 23 codes font participent à ce banc d’essais. Les principaux résultats attendus sont les suivants
(1) Vérification et validation des codes NL dans des conditions simples :
a. 1-D, sans liquéfaction (pas d’effet de la pression interstitielle il s’agit donc de calculs en contrainte totale) et des analyses du comportement des sols sujets à des contraintes de cisaillement uniquement (propagation des ondes de cisaillement SH).
b. Sur des cas réels et des cas canoniques
(2) Evaluation des incertitudes épistémiques (associées principalement au modèle de sol)
(3) Elaboration d’un guide méthodologique sur l’utilisation de ces méthodes numériques.
PRENOLIN a été réalisé à l’aide de financements issus de deux projets : SINAPS@, qui est un projet de L’Agence Nationale pour la Recherche (ANR) et SIGMA financé par un consortium d’opérateurs nucléaires (EDF, CEA, AREVA, ENEL).
Une première phase de vérification (comparaison des codes numériques entre eux) a été réalisée sur des cas tests canoniques impliquant plusieurs itérations de calcul. Elle a été suivie d’une seconde phase de validation qui compare les résultats des codes de calculs à des observations réelles en deux sites de réseaux accélérométriques japonais.
Le diagramme ci-dessous illustre les calculs réalisés durant le banc d’essai. Ceux-ci on été réalisés en utilisant des hypothèses de calculs reflétant des comportements de sols différents (élastique, visco-élastique et non-linéaire), en utilisant différents accélérogrammes d’entrées (réels et synthétiques ayant des contenus fréquentiels et des accélérations maximales variées) et différentes conditions aux limites entre la couche de sol et le substratum sismique (Substratum élastique ou rigide). Plusieurs itérations de calcul ont été réalisées pour chacun de ces cas test, cette base de données ne contient uniquement que la dernière itération de calcul.
Pour chaque calcul, les participants devaient fournir:
· Des accélérations en fonction du temps (AC) à la surface et à des diverses profondeurs dans la colonne de sol.
· Les contraintes de cisaillement et les déformations de cisaillement (SS) en fonction du temps prés de la surface et à différentes profondeurs de la colonne de sol.
Ce sont ces résultats qui sont disponibles dans la base de données.
Documentation
Dans l’onglet Documentation, tous les comptes rendus des 6 séminaires de travail (sur deux jours) sont disponibles :
· debriefing_WS1_WS2
· debriefing_WS3
· debriefing_WS4
· debriefing_WS5
· debriefing_WS6
Ainsi que les données de bases nécessaires à la réalisation des calculs :
· De vérification (PRENOLIN_material_verif_it_2.zip)
· De validation : sur le site de KSRH10 (PRENOLIN_Material_val_it2_KSRH10.zip) et sur le site de Sendai (PRENOLIN_material_val_it3_sendai.zip).
Ce travail a été présenté à plusieurs conférences internationales et les articles associés sont également disponibles :
· 2014_ECEE
· 2014_SSA
· Phase de vérification
· Sélection des sites pour la phase e validation.
· 2015_BRGM
· 2015_ICEGE
· Phase de vérification
· Phase de validation
· 2015_SSA
· 2015-AFPS
Ce travail a été soumis à des publications dans le Bulletin de « Seismological Society of America » (BSSA)
· International benchmark on numerical simulations for 1D, non-linear site response (PRENOLIN): verification phase based on canonical cases. Régnier et al, BSSA accepted in June 2016
· International benchmark on numerical simulations for 1D, non-linear site response (PRENOLIN): Validation phase on two real sites. Régnier et al, to come
Qui a participé, qui a animé ?
Equipe organisatrice
Julie REGNIER, CEREMA, Nice, [email protected],
Luis-Fabian BONILLA, IFSTTAR, Marne-la-Vallée, [email protected],
Pierre-Yves BARD, IFSTTAR-ISTERRE, Grenoble , [email protected],
Etienne BERTRAND, CEREMA, Nice, [email protected],
Fabrice HOLLENDER, CEA, Cadarache, [email protected],
Hiroshi KAWASE, DPRI, Kyoto, [email protected],
Deborah SICILIA , EDF, Aix-en-Provence, [email protected]
Equipes participantes et codes associés
Team Name
Affiliation
Team Index
Code Name
Code Reference
D. Asimaki & J. Shi
Caltech, Pasadena, California
A
0
SeismoSoil
(Li and Assimaki, 2010; Matasovic and vucetic, 1993; Shi and Asimaki, 2017)
S. Iai
DPRI, Kyoto University, Kyoto,
Japan
B
0
FLIP
(Iai, 1990)
S. Kramer
University of Washington, Seattle,
Washington
C
0
PSNL
(In development)
E. Foerster
CEA, France
D
0
CYBERQUAKE
(Modaressi and Foerster, 2000)
C. Gelis
IRSN, France
E
0
NOAH-2D
(Iai, 1990)
A. Giannakou
Fugro, Nanterre Cedex, France
F
0
DEEPSOIL 5.1
(Hashash et al., 2012)
G. Gazetas, E. Garini & N. Gerolymos
NTUA, Greece
G
0
NL-DYAS
(Gerolymos and Gazetas, 2006, 2005)5)
J. Gingery & A. Elgamal
UCSD, La Jolla, California
H
0
OPENSEES-UCSD-SOIL-MODEL
See Data and Resources
Y. Hashash & J. Harmon
Univ, Illinois,US
J
0
DEEPSOIL-NL 5.1
(Hashash et al., 2012)
J
1
DEEPSOIL-EL 5.1
(Hashash et al., 2012)
P. Moczo, J. Kristek & A. Richterova
CUB, Comenius University, Bratislava, Slovakia
K
0
1DFD-NL-IM
S. Foti & S. Kontoe
Politecnico di Torino, Torino, Italy
and Imperial College, United
Kingdom
L
1
ICFEP
(Kontoe, 2006; Potts and Zdravkovic, 1999; Taborda et al., 2010)
L
2
DEEPSOIL-NL 5.1
(Hashash et al., 2012)
G. Lanzo, S. Suwal, A. Pagliaroli & L. Verrucci
University of Rome La Sapienza and
University of Chieti-Pescara, Italy
M
0
FLAC_7,00
(ITASCA, 2011)
M
1
DMOD2000
(Matasović and Ordóñez, 2007)
M
2
DEEPSOIL 5.1
(Hashash et al., 2012)
F. Lopez-Caballero & S. Montoya-Noguera
CentraleSupélec, Paris-Saclay
University, Châtenay-Malabry,
France
N
0
GEFDyn
(Aubry and Modaressi, 1996)
F. De-Martin
BRGM, France
Q
0
EPISPEC1D
(Iai, 1990)
See Data and Resources
B .Jeremić , F. Pisanò & K. Watanabe
UCD, LBLN, TU Delft & Shimizu Corp
R
0
real ESSI Simulator
See Data and Resources
A. Nieto-Ferro, D. Vandeputte
EDF, Paris & Aixen-Provence, France
S
0
ASTER
See Data and Resources
A. Chiaradonna, F. Silvestri & G. Tropeano
UNICA and University of Naples,
Naples, Italy
T
0
SCOSSA_1,2
(Tropeano et al., 2016)
T
1
STRATA
M.P. Santisi d'Avila
University of Nice Sophia Antipolis,
Nice, France
U
0
SWAP_3C
(Santisi d’Avila et al., 2012, 2013; Santisi d’Avila and Semblat, 2014)
D. Mercerat and N. Glinsky
CEREMA, France
Y
0
DGNL
(Mercerat and Glinsky, 2015)
D. Boldini, A. Amorosi, A. di Lernia & G. Falcone
Unversity of Bologna, Sapienza
University of Rome, and
Politecnico di Bari, Italy
Z
0
EERA
(Bardet et al., 2000)
Z
1
PLAXIS
(Benz, 2006; Benz et al., 2009)
M. Taiebat & P. Arduino
UBC, British Columbia, Canada and
University of Washington, Seattle,
Washington
W
0
Opensees
See Data and Resources
Aubry, D., Modaressi, A., 1996. GEFDYN, Manuel scientifique. Éc. Cent. Paris LMSS-Mat.
Bardet, J.P., Ichii, K., Lin, C.H., 2000. EERA: a computer program for equivalent-linear earthquake site response analyses of layered soil deposits. University of Southern California, Department of Civil Engineering.
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Benz, T., Vermeer, P.A., Schwab, R., 2009. A small‐strain overlay model. Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech. 33, 25–44.
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Hashash, Y.M.A., Groholski, D.R., Phillips, C.A., Park, D., Musgrove, M., 2012. DEEPSOIL 5.1. User Man. Tutor. 107.
ITASCA, F., 2011. 7.0: User Manual. Licence Number 213-039-0127-18973. Sapienza—Univ Rome Earth Sci. Dep.
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Mercerat, E.D., Glinsky, N., 2015. A nodal discontinuous Galerkin method for non-linear soil dynamics. 6th Int. Conf. Earthq. Geotech. Eng.
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Tropeano, G., Chiaradonna, A., d’onofrio, A., Silvestri, F., 2016. An innovative computer code for 1D seismic response analysis including shear strength of soils. 101680geotSIP 15-P-017.
VéRIFICATION
Calculs réalisés
Colonnes de sol (P1, P2 et P3) et propriétés des couches de sols:
Profile
LINEAR
NL[endnoteRef:1] [1: Describe the G/Gmax and damping curves used for each soil layer]
Z[endnoteRef:2] [2: Depth of the soil layer]
[m]
Vs[endnoteRef:3] [m/s] [3: Shear wave velocity]
Vp[endnoteRef:4] [m/s] [4: Compressional wave velocity]
ρ [endnoteRef:5][kg/m3] [5: Density]
Q[endnoteRef:6] [6: Quality factor]
Elastic
ξmin[endnoteRef:7] Elastic [7: Elastic damping]
Q Visco-Elastic
ξmin Visco-Elastic
f0[endnoteRef:8] LinearElastic [Hz] [8: Fundamental resonance frequency of the soil]
P1
0-20
300
700
2000
5000
10-4
30
0.0166
3.75
N°1-P1
-
1000
1900
2500
200
0.0025
-
P2
Mono-layer + Vgradient
0-20
150-500
360-1220
2000
34
0.01547
1.16
N°1-P2
20-40
40
0.0250
N°2-P2
40-60
44
0.0113
N°3-P2
60-80
47
0.0106
N°4-P2
80-100
49
0.0102
N°5-P2
-
2000
3700
2500
200
0.0025
-
P3
Bi-layer
0-20
300
700
2000
30
0.0166
1.48
N°1-P3
20-50
600
1500
2000
60
0.0083
N°2-P3
-
2000
3700
2500
200
0.0025
-
Vitesse des ondes de cisaillement (Vs) et paramètres non-linéaire (courbes de dégradation du module de cisaillement et d’augmentation de l’amortissement avec la déformation de cisaillement - G/Gmax and ξ(ϒ))
Accélérations d’entrée
Accélération normalisées: Pulse (Ondelette de type Ricker), mouvements sismiques réels: Haute et basse fréquences (graphiques a) et les transformées de Fourier associées (graphique b)
Accélérations du mouvement sismique de type sinusoïdal avec une période centrale de 1s.
Métadonnées des deux enregistrements de séismes.
Event Freq. Content
Event
ID
Mw[footnoteRef:1] [1: Magnitde de moment]
Z[footnoteRef:2] [km] [2: Profondeur de l’épicentre]
Epi. Dist. [km]
Station
ID
Station Geology
Seismo. Comp.
Vs30 [footnoteRef:3][m/s] [3: Moyenne harmonique des ondes de cisaillement sur les 30 premiers mètres de sol.]
HF
IWTH-170112022202
6.4
122
39
IWTH17
(Kik-net, Japan)
Rock
EW
>1200
LF
06756.
20000617
6.6
15
5
Flagbjarnarholt (Iceland)
A
H1
Unknown
VALIDATION
Localisations des sites sélectionnés pour la phase de validation et localisation des épicentres des séismes sélectionnés.
La sélection des sites de validation a été réalisée sur des bases de données accélérométriques constituées de réseaux verticaux, c’est à dire avec en chaque site des capteurs en profondeur et en surface. Cette configuration de capteurs permet de calculer la fonction de transfert entre les deux capteurs (en réalisant le rapport des spectres de Fourier des enregistrements) que l’on peut comparer directement aux résulats des calculs numériques. Les sites ont été sélectionnés de sorte à respecter les critères suivants :
(1)Disponibilité d’enregistrements de séismes faibles et forts
(2)Configuration lithologique et topographique du site au plus proche d’une configuration unidimensionnelle (variabilité spatiale des horizons des couches de sol faible et pendage des couches de sol quasi nulle). Un accord est recherché entre les fonctions de transfert empirique (pour des mouvements sismiques faibles) et la fonction de transfert numérique 1-D linéaire.
(3)Le capteur en profondeur ne doit pas être situé à plus de 250 m.
Deux sites ont été retenus, KSRH10 faisant parti du réseau accélérométrique japonais KiK-net et Sendai du réseau PARI (Port and Airport Research Insitute). Parmi les données sismologiques disponibles nous avons opéré une sélection de 10 et 9 enregistrements de séismes pour KSRH10 et Sendai dont les épicentres, magnitude de moment et accélération maximale du sol en surface sont illustrés dans la figure ci-dessous.
Paramètres des colonnes de sol pour Sendai (SC1 and SC2) et pour KSRH10 (SC1, SC2 and SC3)
Les mesures In-situ réalisées consistent en (1) un sondage permettant de définir la géologie et de faire des prélèvements d’échantillons. Le diamètre du tube de forage est de 116 mm puis 86 mm avec triple tube (2) Prélèvements d’échantillons non remaniés (80cm de longueur) à l’aide d’échantillonneur en paroi fine pour les sols argileux et un tube triple pour les sols sableux et les sols argileux plus raide. (3) une mesure SPT (Standard Penetration Test), (4) une mesure de la vitesse de propagation des ondes sismiques de cisaillement et de compression (PS logging by suspension method pour KSRH10 and down-hole method pour Sendai). Et (4) de nombreuses mesures de MASW (mesures des ondes de surfaces) autour des sites d’études pour caractériser la variabilité spatiale.
Les tests de laboratoire one été réalisés sur :
· Des échantillons remaniés permettant d’obtenir : la teneur en eau, la densité, la granulométrie, les limites élastique et plastique.
· Des échantillons non remaniés pour obtenir la densité et réalisés des essais cyclique tri-axiaux en compression (drainés et non-drainés), des essais de consolidation.
Les méthodes utilisées pour réaliser les testes de laboratoires sont issues de spécifications normatives japonaises.
Le nombre de prélèvements par colonne de sol a été défini de façon à garantir au moins un échantillon de sol par couche géologique homogène. Le nombre et la profondeur des échantillons est décrits dans le tableau ci-dessous.
Caractéristiques géologique des deux sites sélectionnés et localisation des l échantillons de sol non-remaniés traités en laboratoire.
Site
Profondeur du capteur en fond de puits (m)
Profondeur du contraste d’impédance maximal (m)
Type de sol
Nombre et profondeur des essais tri-axiaux cycliques
Sendai
10.4
7
Sable
2 (3.3 & 5.4 m)
KSRH10
250
44
Sable/argile
6 (3.5, 7.5, 14.5, 22.5, 29,7 & 34 m)
A partir de ces mesures, plusieurs colonnes de sol ont été définies pour chacun des sites, reflétant ainsi l’incertitude associée à l’interprétation des données disponibles.
KSRH10 : Propriétés du sol.
Z
(m)
Vs
(m/s)
Vp
(m/s)
Ρ
(kg/m3)
Qs
xi
NL
(1 to 6 nombre du fichier contenant les courbes G/Gmax et atténuation. Le sol est considéré linéaire à partir de 39 m)
6
140
1520
1800
25
0.02
SC1-1,SC2-1,SC3-1
11
180
1650
1800
25
0.02
SC1-2,SC2-2,SC3-2
15
230
1650
1500
25
0.02
SC1-3,SC2-3,SC3-3
20
300
1650
1500
25
0.02
SC1-4,SC2-3,SC3-3
24
250
1650
1600
25
0.02
SC1-5,SC2-4,SC3-4
28
370
1650
1600
25
0.02
SC1-6,SC2-5,SC3-5
35
270
1650
1800
35
0.0142
SC1-7,SC2-5,SC3-5
39
460
1650
1800
25
0.02
SC1-8,SC2-6,SC3-6
44
750
1800
2500
75
0.0066
Linear
84
1400
3400
2500
140
0.0035
Linear
255
2400
5900
2500
240
0.0020
Linear
Sendai: Propriétés du sol
Z
(m)
Vs
(m/s)
Vp
(m/s)
Ρ
(kg/m3)
Qs
xi
NL
(1 to 7 correspond to the number of set of GGmax and damping curves)
1
120
610
1850
25
0.02
SC1-1, SC2-1
2
170
870
1850
25
0.02
SC1-2, SC2-1
3
200
1040
1850
7.14
0.07
SC1-3, SC2-1
4
230
1180
1890
7.14
0.07
SC1-4, SC2-2
5
260
1300
1890
7.14
0.07
SC1-5, SC2-2
6
280
1420
1890
7.14
0.07
SC1-6, SC2-2
7
300
1530
1890
7.14
0.07
SC1-7, SC2-2
10.4
550
2800
2480
50
0.01
Linear
Sendai: Vs, attenuation profiles and non-linear soil parameters
KSRH10: Vs, attenuation profiles and non-linear soil parameters
Localisation des capteurs virtuels
KSRH10 SENDAI
Phase
* Toutes les phases
Verification: Comparison entre les codes sur des sites canoniques.
Validation: Comparaison avec des données de séismes réels
Type de résullats
* Tous
AC : Accélération en fonction du temps
SS: Contrainte et déformation de cisaillement en fonction du temps
Team
* Tous
Lettre alphabétique de chaque équipe (voir le tableau des équipes participantes).
Numéro de code
* Tous
Certaines équipes ont testé plusieirs codes différents, dans ce cas nous avons numérotés les codes utilisés (voir le tableau des équipes participantes).
Soil profile
* All soil profiles
In the verification phase three soil profile were used: P1, P2 and P3 (see table and figure)
In the validation phase two sites were selected: KSRH10 and Sendai (see location)
Soil column
* tous et phase de vérification
Dans la phase de validation, plusieirs colonnes de sol ont été définis pour chacun des sites :
Sendai : SC1 and SC2
KSRH10: SC1, SC2 and SC3
Accélérations d’entrée
* Toutes
Phase de vérification: accélérogrammes réels avec deux contenus fréquentiel différents (HF Haute fréquence et LF basse fréquence) et des mouvements sismiques synthétiques de type: Ricker et sinusoïdal.
Calcul linéaire (élastique/visco-élastique):
· Real_HF,
· real_LF,
· Pulse
Calculs Non-Lineaire:
· Real_HF normalisés à différentes valeur d’accélérations maximales (500, 100, 50cm/s2) : Real_HF_1, Real_HF_2, Real_HF_3
· Real_LF normalisés à différentes valeur d’accélérations maximales (500, 100, 50cm/s2): Real_LF_1, Real_LF_2, Real_LF_3
· Sinus_1 and Sinus_2
Phase de validation : Accélérogrammes réels enregistrés à Sendai (TS-1 à TS-9) et à KSRH10 (TS-0 à TS-9)
Composantes
* toutes
EW : Est-ouest composante du mouvement
NS: Nord-Sud composante du mouvement
ROT: Composante horizontale pivoté de façon a maximiser l’accélération horizontale en fond de puits à la fréquence de résonance fondamentale du site.
Profondeur
* toutes
Profondeur à laquelle les participants ont donné leurs résultats:
Phase de vérification: 10 capteurs virtuels ont été sélectionnés pour chaque profil de sol avec un intervalle de profondeur égal à 1/10ème de la profondeur totale: tous les 2 m pour P1, tous les 10m pour P2 et tous les 5 m pour P3. Les résultats d’accélérations sont donnés en surface et à différentes profondeurs et les résultats des contraintes et déformation de cisaillement sont intercalés entre.
Phase de validation : 11 et 8 capteurs virtuels ont été sélectionnés pour KSRH10 et Sendai avec un profondeur d’intervalle correspondant à l’interface entre les principales couches de sol pour l’accélération et intercalées pour les résultats des contraintes et déformation de cisaillement.
Substratum
* tous
Dans la phase de vrification seuleument, deux conditions de substratum ont été considérées : E pour élastique et R pour rigide.
PRENOLIN
Verification
P1
P2
Validation
KSRH10
P3
Sendai
Elastic
Visco-elastic
Non-linear
Real_HF_1,2,3
Real_LF_1,2,3
Sinus_1,2
Real_HF
Real_LF
Pulse
Real_HF
Real_LF
Pulse
Elastic substratum
Rigid Substratum
SC1
Input TS-0
SC1
Input TS-1
EW
NS
ROT
Input TS-9
…
...
Input TS-9
SC2
SC2
SC3
Elastic substratum
Rigid Substratum
Elastic substratum
Rigid Substratum