Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

A talajerősítő hatás megfelelő meghatározása alapvető fontosságú a megbízható földrengés-méretezéshez. Egy adott földrengés rekord esetéhez elérhetőek számítási módszerek (pl. ekvivalens lineáris, nemlineáris numerikus analízis) a talajerősítő hatás számításához, azonban a probléma komplexitása miatt a hatás számszerűsítéséhez több földrengés figyelembe vétele és az eredmények statisztikai értékelése szükséges. Ilyen részletes számítás elvégzése sok esetben nem gazdaságos az eljárás összetettsége miatt. A földrengés-szabványok általában egyszerűsített módszereket (pl. talajkategóriák és ehhez rendelt szorzótényezők) kínálnak a talajhatás figyelembe vételére, aminek az alapja általában egy talajviszonyokra jellemző paraméter (pl. vs,30). Ezek a módszerek könnyen alkalmazhatóak, a megbízhatóságuk azonban megkérdőjelezhető. Jelen PhD kutatás célkitűzése olyan tapasztalati összefüggés(ek) amikkel a helyszíni talajerősítő hatás jól becsülhető. 

Előkészületként a leendő PhD hallgatónak részletesen meg kell ismerkednie az alábbi témákkal: 1) helyszíni geotechnikai vizsgálatok, különös tekintettel a szeizmikus vizsgálatokra, 2) a helyi talajválasz meghatározásának eszközei, beleértve a számítási eljárásokat, anyagmodelleket, modellezési koncepciókat, 3) az adatok statisztikai értékelésének alapjait. Programozási ismeretek szintén hasznosak lehetnek. 

Első lépésként a tapasztalati összefüggés lehetséges bemenő paramétereit kell meghatározni, kezdve a hagyományos geotechnikai helyszíni vizsgálatok (pl. statikus nyomószonda) eredményeitől a közvetlenül mért szeizmikus paraméterekig. Ez lehetővé teszi különböző szintű összefüggések megállapítását: nagyobb bizonytalanságú képlet(ek) amelyek a gyakran elérhető, hagyományos eredményekből indulnak ki, és megbízhatóbb, szeizmikus eredményeken alapuló módszerek. Bár az egyszerűbb módszerek nem a helyszíni vs profilt használják bemenő paraméterként, implicit módon mégis ezen alapul a számítás, a feladat első lépése tehát a vs meghatározásához elérhető tapasztalati korrelációk áttekintése és magyarországi alkalmazhatóságuk értékelése.         

A második lépés nagyszámú numerikus szimuláció futtatása, hogy adatsor-párokat hozzunk létre a következőkkel: 1) talajprofil, 2) talajerősítő hatás különböző földrengések esetén. A szimulációk eredményei szolgálnak alapul a talajprofil jellemzői és a talajerősítő hatás korrelációjának meghatározásához. A korreláció keresésében a statisztikai analízis lesz az elsődleges eszköz, de tanuló algoritmusok használata is elképzelhető.

A kutatás várható eredménye olyan tapasztalati korrelációk definiálása melyek segítségével a talajerősítő hatás mértéke közelítőleg becsülhető.

 

***

 

Proper evaluation of soil amplification at a site is crucial in reliable seismic design. There are calculation methods, such as equivalent linear or nonlinear numerical analyses available that are used to determine soil amplification at a given site considering a given earthquake record. However due to the complexity of the problem consideration of many earthquake scenarios and careful statistical evaluation is needed to quantify the soil layers’ effect. Such calculation is often not efficient due to the required complex analyses. Earthquake standards typically offer simplified methods (e.g. soil categories and multipliers linked to them) to predict soil amplification based on a simple parameter (e.g. vs,30) that describes the soil condition at the site. These methods are easy to use, but their reliability is rather questionable. The aim of this PhD research to find empirical correlations that can be used to predict site amplification. 

As a preparation to the PhD research the student must get familiar with the following topics: 1) in situ tests in geotechnics, with special attention to seismic tests; 2) tools of site response analysis including computational methods, material models, modelling concepts 3) fundamentals statistical data analysis. Coding knowledge may also be useful.   

As a first step the potential input parameters of the correlation shall be identified, starting from the conventional in situ test (such as cone penetration test) results to the directly measured seismic parameters. This could allow us to develop different levels of empirical correlations: more uncertain estimation(s) based on conventional, and frequently available geotechnical results and more reliable correlations based on seismic site data. Even though the simpler method(s) will not use vs profile as an input, it will implicitly based on this, thus the first step of the work is to overview empirical correlation to obtain vs, and to evaluate their reliability in case of Hungarian soils. 

The second step is running a vast number of numerical simulation to provide data-set pairs of 1) soil profiles, 2) amplification in case of different earthquake scenarios. The simulation results will be the basis to find correlations between soil profile characteristics and site amplification. Statistical analysis will be the prior tool in searching for correlations, but learning algorithm may be used too.

The expected result of the research is to define empirical correlations that can be used to estimate soil amplification.