Talajerősítő hatás becslése empirikus módszerrel / Estimation of soil amplification using empirical method

Primary tabs

Erre a témakiírásra nem lehet jelentkezni.
Nyilvántartási szám: 
20/54
Témavezető neve: 
Témavezető e-mail címe:
mahler.andras@emk.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 
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. 
 

 

A téma meghatározó irodalma: 
1. S. L. Kramer. Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall, 653 pp. (1996)
2. D. Park, Y.M.A. Hashhash. Soil damping formulation in nonlinear time domain site response analysis. Journal of Earthquake Engineering 8(2):249-274
DOI10.1080/13632460409350489 (2004)
3. A. Amorosi, D. Boldini, E. Gaetano. Parametric study on seismic ground response by finite element modelling. Computers and Geotechnics 37, 515-528. (2010)
4. A. Laera, R. B. J. Brinkgreve. Site response analysis and liquefaction evaluation. Plaxis Konowledge base, 42 pp. (2015)
5. P. K.Robertson. Interpretation of cone penetration tests — a unified approach. Canadian Geotechnical Journal. 46(11): 1337-1355. https://doi.org/10.1139/T09-065
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai: 
1. Geotechnique
2. Computers and Geotechnics
3. Periodica Polytechnica Civil Engineering
4. Geomechanik und Tunnelbaus 
5. Útügyi lapok: A közlekedésépítési szakterület mérnöki és tudományos folyóirata
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja: 
1. Mahler A., Bán Z., Hübner B., Zsarnóczay Á., Vigh L.G. (2019) Földrengésteher meghatározásának geotechnikai vonatkozásai In: Huszák, Tamás (szerk.) 5. Kézdi Konferencia Pécs, Magyarország : Magyar Geotechnikai Egyesület, (2019) pp. 17-37.
2. Vigh, L G.,Zsarnóczay, Á., Simon J., Mahler A., Bán Z. (2018) Helyi Spektrumok alkalmazása földrengésre történő méretezésre Budapest, Magyarország : Magyar Mérnöki Kamara, 80 p. ISBN: 9786158045223
3. Mahler András, Móczár Balázs (2019) Scherfestigkeits‐ und Verformungs-verhalten von tertiären Böden Geomechanik und Tunnelbau 12 : 4 pp. 352-361., 10 p.
4. Bán Z, Mahler A, Győri E (2019) Development of an energy-based liquefaction potential assessment method based on combined use of CPT and shear wave velocity measurement In: The, Icelandic Geotechnical Society (szerk.) Proceedings of the XVII ECSMGE-2019 : Geotechnical Engineering, foundation of the future Reykjavík, Izland : The Icelandic Geotechnical Society, (2019) Paper: 769 , 8 p.
5. Mahler András (2018) A talajkörnyezet modellezése In: Szepesházi, Róbert; Honti, Imre; Schell, Péter; Wolf, Ákos; Mahler, András; Szilvágyi, Zsolt; Lődör, Kristóf; Móczár, Balázs; Szepesházi, Attila; Koch, Edina - Wolf, Ákos (szerk.) Geotechnikai végeselemes modellezés Pécs, Magyarország : Kontraszt Plusz Kft., pp. 32-46. , 15 p.
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye: 
1. Kieu, M., & Mahler, A. (2018). A Study on the Relationship Between Matric Suction and the Void Ratio and Moisture Content of a Compacted Unsaturated Soil. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 62(3), 709-716. https://doi.org/10.3311/PPci.11974
2. Pap M., Mahler A. (2019) Comparison of Different Empirical Correlations to Estimate Permeability Coefficient of Quaternary Danube Soils. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 63(1) 25-29. https://doi.org/10.3311/PPci.13108
3. Mahler A., Móczár B. (2019) Scherfestigkeits‐ und Verformungs-verhalten von tertiären Böden Geomechanik und Tunnelbau 12(4) 352-361.
4. Hübner B., Mahler A. (2020) Közúti infrastruktúra elemeinek szeizmikus teljesítőképességének vizsgálata. Útügyi lapok: A közlekedésépítési szakterület mérnöki és tudományos folyóirata 8(13) 41-60. 
5. Pap M., Mahler A., Tóth Cs. (2017) Klimatikus viszonyok hatása a reziliens modulusra I.: Környezeti hatások és talajjellemzők meghatározása Útügyi lapok: A közlekedésépítési szakterület mérnöki és tudományos folyóirata 5(10) 49-57.

A témavezető eddigi doktoranduszai

Pap Miklós (2015/2018/)
Kieu Minh The (2014/2018/)
Bán Zoltán (2014/2018/2022)
Mosallaei Amir (2020/2024/)
Státusz: 
elfogadott