PRENOLIN Project An interna.onal benchmark on numerical - PowerPoint PPT Presentation

PRENOLIN ¡Project ¡ ¡ An ¡interna.onal ¡benchmark ¡on ¡numerical ¡ simula.on ¡of ¡1-­‑D ¡nonlinear ¡site ¡effect. ¡ ¡ Verifica.on ¡phase ¡on ¡idealis.c ¡cases ¡and ¡ valida.on ¡on ¡real ¡sites ¡ ¡ ¡ ¡ SINAPS@ ¡ J. ¡Régnier, ¡1 ¡L.F. ¡Bonilla 4 ¡, ¡P.Y. ¡Bard 3 , ¡E. ¡Bertrand 1 , ¡H. ¡Kawase 2 , ¡ ¡ F. ¡Hollender 5 , ¡M. ¡Marrot 1 ¡, ¡D. ¡Sicilia 6 ¡and ¡the ¡PRENOLIN ¡par.cipants* ¡ ¡ 1 ¡CEREMA ¡Dter ¡Méditerranée, ¡laboratoire ¡de ¡Nice ¡ 2 ¡ Kyoto ¡University ¡ 3 ISTerre, ¡Grenoble ¡ 4 ¡IFSTTAR, ¡Marne-­‑la-­‑Vallée ¡ 5 ¡CEA, ¡Cadarache ¡ 6 EDF, ¡Aix-­‑en-­‑Provence ¡ ¡ * ¡D.Assimaki ¡(Gorgia ¡tech), ¡D. ¡Boldini ¡(Univ. ¡Bologna), ¡S.Iai ¡(DPRI), ¡S.Kramer ¡(Univ. ¡Washington), ¡ E.Foerster ¡(CEA), ¡C.Gélis ¡(IRSN), ¡G.Gazetas ¡(NTUA), ¡J.Gingery ¡(Kleinfelder/UCSD), ¡Y.Hashash ¡(Univ. ¡of ¡ Illinois), ¡P.Moczo ¡(CUB), ¡S.Fo. ¡(Politecnico ¡di ¡Torino), ¡G.Lanzo ¡(Univ. ¡Rome), ¡F.Lopez-­‑Caballero ¡(ECP), ¡ D.Roten ¡(ETHZ), ¡K.Pi.lakis ¡(AUTH), ¡F.DeMar.n ¡(BRGM), ¡B.Jeremic ¡(UCD), ¡A.Nieto-­‑Ferro ¡(EDF), ¡ M.P.San.si ¡(Univ. ¡Nice), ¡D.Mercerat ¡(CEREMA). ¡ ¡

Outline ¡ 1- Presentation of the project goals and organization 2- Verification phase 3- Validation phase 4- Conclusions and perspectives 2

1-­‑ ¡Background ¡and ¡mo.va.on ¡ Accounting for local conditions in hazard assessment for nuclear facilities – France "Special sites" : heavy expectations on numerical approach Previous Verification / validation exercises • ESG1992 : Parkfield Turkey Flat + Ashigara Valley • Blind exercises - variable SHAKE results … Sites not totally 1D • (ESG1998 Kobe : source + site, not blind) Difficulties with • SCEC : Los Angeles area, 3DL (LF + BB) deconvolution of • ESG2006 : Grenoble, 2DL/3DL outcrop motion • Turkey Flat, NL post Parkfield 2004 2-D too complicated to • E2VP : Volvi/Euroseistest, 3DL + 2DNL (+2DL) analyze NL soil model • VELACS : Liquefaction (centrifuge) implementation • … 3

Lessons ¡for ¡Prenolin ¡ Be ¡less ¡ambi.ous ¡/ ¡more ¡humble ¡ reach ¡good ¡results ¡within ¡a ¡limited ¡amount ¡of ¡.me ¡(2 ¡years) ¡ Check ¡NL ¡models ¡on ¡1D ¡soil ¡columns ¡ – On ¡simple ¡sites ¡with ¡unambiguous ¡data ¡and ¡models ¡ • With ¡strong ¡mo.on ¡data ¡(ver.cal ¡arrays) ¡ • With ¡well-­‑controlled ¡lab ¡tests ¡/ ¡soil ¡parameters ¡ • As ¡close ¡as ¡possible ¡to ¡1D ¡sites ¡ ¡ – Our ¡ a ¡priori ¡ choice ¡ • Simple ¡1D ¡"Canonical" ¡models ¡ • Carefully ¡selected ¡KiK-­‑net ¡sites ¡ ¡

Expected ¡outcome ¡ • Verifica.on ¡and ¡valida.on ¡of ¡NL ¡codes ¡in ¡simple ¡condi.ons ¡ – 1D, ¡no ¡liquefac.on, ¡simple ¡shear ¡stress ¡analyses ¡ – Real ¡and ¡canonical ¡sites ¡ • Assessment ¡of ¡epistemic ¡uncertain.es ¡ • Guidelines ¡for ¡using ¡determinis.c, ¡physics-­‑based, ¡NL ¡ simula.on ¡in ¡(D+P) ¡SHA ¡ – Required ¡geotechnical ¡/ ¡geophysical ¡measurements ¡ – Quality ¡criteria ¡and ¡control ¡for ¡NL ¡computa.ons ¡ – Corresponding ¡budgets ¡and ¡feasibility ¡

The ¡par7cipants ¡ Switzerland : - ETHZ, Zürich USA: Japan: - UCSD, California, - DPRI, Kyoto - UW, Washington, - DPRI, Kyoto - UCDavis, California, - GATECH, Georgia, - CEEI, Illinois Slovakia: - UNIBA, Bratislava France: - ISTerre, Grenoble Greece: Italy: - IFSTTAR, Marne la Vallée - AUTH, Thessaloniki - Univ. Bologna - CETE, Nice - NTUA, Athens - Univ. Roma - CEA, Cadarache - Polito, Torio - EdF, Aix en Provence - BRGM, Orléans - CETE, Nice - IRSN, Fontenay aux Roses Equipes de modélisation - EdF, Clamart Co-organisateurs - ECP, Paris

Some ¡addi7onal ¡informa7on ¡ Overview ¡teams ¡and ¡codes ¡ 21 ¡Par.cipant ¡teams ¡/ ¡ 26 ¡Codes ¡tested ¡ ¡ ¡ Same ¡codes ¡tested ¡by ¡different ¡teams ¡ ¡ Some ¡share ¡similar ¡nonlinear ¡models ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ è Variability ¡inter-­‑ ¡nonlinear ¡models ¡ ¡ è Variability ¡inter-­‑ ¡Numerical ¡method ¡(with ¡same ¡nonlinear ¡model) ¡ è Variability ¡inter-­‑Users ¡(same ¡codes) ¡ ¡ Road ¡map ¡ ¡ ¡ ¡ Verifica(on+ Valida(on+ ¡ ¡ Itera(on<1+ Itera(on<2+ Itera(on<1+ Itera(on<2+ Test+sites+selec(on+ Soil+parameters+measurements+ 2014+ 2013+ 2015+ June November April December April

Numerical ¡codes ¡and ¡team ¡appella7on ¡ • SeismoSoil (A-0), Different code implemenation • FLIP (B-0), • PSNL (C-0), • CYBERQUAKE (D-0), • NOAH-2D (E-0), linear ¡aI. ¡Imp. ¡ ¡ • DEEPSOIL Discret. ¡scheme : ¡ ¡ (J-0 EQL and J-1, F-0 (i) frequency-­‑independent ¡ and M-2,) (i) ¡finite-­‑element ¡ (B-­‑0, ¡C-­‑0, ¡ aIenua7on ¡ (A-­‑0, ¡E-­‑0, ¡F-­‑0, ¡ • NL-DYAS (G-0), D-­‑0, ¡F-­‑0, ¡H-­‑0, ¡J-­‑0, ¡L-­‑1, ¡M-­‑0, ¡ J-­‑0, ¡J-­‑1, ¡K-­‑0, ¡M-­‑2, ¡Q-­‑0 ¡and ¡ • OPENSEES (H-0), M-­‑2, ¡N-­‑0, ¡Q-­‑0, ¡R-­‑0, ¡S-­‑0, ¡T-­‑0, ¡ Z-­‑0), ¡ ¡ • 1DFD-NL-IM (K-0), U-­‑0, ¡Y-­‑0 ¡and ¡Z-­‑1), ¡ ¡ (ii) Rayleigh ¡damping ¡ (B-­‑0, ¡ (ii) finite-­‑difference ¡ (A-­‑0, ¡E-­‑0, ¡ • ICFEP (L-1), G-­‑0, ¡H-­‑0, ¡L-­‑1, ¡M-­‑0, ¡R-­‑0, ¡ G-­‑0 ¡and ¡K-­‑0). ¡ S-­‑0, ¡T-­‑0, ¡Y-­‑0 ¡and ¡Z-­‑1), ¡ ¡ • FLAC.7.00 (M-0), (iii) low ¡strain ¡hystere7c ¡ • DMOD2000 (M-1), Backbone ¡curve ¡ damping ¡(C-­‑0, ¡N-­‑0, ¡D-­‑0 ¡ • GEFDYN (N-0), and ¡R-­‑0). ¡ • EPISPEC1D (Q-0), (i) IaI’s ¡model ¡(B-­‑0, ¡E-­‑0, ¡Q-­‑0) ¡ • real ESSI (R-0), (ii) Iwan’s ¡model ¡(K-­‑0, ¡L-­‑1, ¡U-­‑0, ¡ • ASTER (S-0), Y-­‑0), ¡ ¡ (iii) Philips ¡and ¡Hashash’s ¡model ¡ • SCOSSA-1,2 (T-0), (F-­‑0, ¡J-­‑O, ¡M-­‑2, ¡T-­‑0), ¡ ¡ Loading/unloading ¡ • SWAP-3C (U-0), (iv) all ¡other ¡models. ¡ • GDNL (Y-0), (i) No ¡masing ¡(A-­‑0, ¡B-­‑0, ¡E-­‑0, ¡J-­‑0), ¡ ¡ • SANISAND (W-0), (ii) Masing ¡rule ¡(all ¡other ¡teams). ¡ • EERA (Z-0) • PLAXIS (Z-1).

Idealis7c ¡cases ¡ ¡

Idealis7c ¡cases: ¡soil ¡parameters ¡ ¡ Vs (m/s) G/G max D (%) 0 1000 2000 0 1 25 P1 P 1 Z [0 − 20] m P2 P 2 Z [0 − 20] m 0.9 P3 P 2 Z [20 − 40] m 20 P 2 Z [40 − 60] m 0.8 20 P 2 Z [60 − 80] m P 2 Z [80 − 100] m 0.7 P 3 Z [0 − 20] m 40 P 3 Z [20 − 50] m 0.6 15 Z (m) 60 0.5 0.4 10 80 0.3 0.2 5 100 0.1 120 0 0 − 4 − 3 − 2 − 1 0 − 4 − 3 − 2 − 1 0 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

What ¡did ¡we ¡ask ¡for? ¡ 0: • Acceleration THs a(t, z i ), Δ t = 0.01s 0: 1H/20 1: 1H/10 ü Z 1 = 0 1: 3H/20 ü Zn = H 2: 2H/10 2: 5H/20 ü Delta z = H/10 3: 3H/10 3: 7H/20 • Strains γ (t, z i ) 4: 4H/10 4: 9H/20 • Stresses τ (t, z i ) 5: H/2 ü Z 1 = H/20 5: 11H/20 ü Zn = 19H/20 6: 6H/10 6: 13H/20 ü Delta z = H/10 7: 7H/10 7: 15H/20 • G/Gmax degradation and damping 8: 8H/10 8: 17H/20 curves per soil layer 9: 9H/10 9: 19H/20 10: H

Results: ¡Linear ¡elas.c ¡and ¡visco-­‑elas.c ¡cases ¡ Acceleration: Ricker Pulse GL-0 Acceleration (m/s ) P: 1 Computation: ve Input: puls CL: R Acceleration (m/s ) P: 1 Computation: ve Input: puls CL: R 4 it − 1 − − it − 1 improved − − it − it − 2 − 3 I − 0 − − B − 0 − − C − 0 − − D − 0 − − 2 E − 0 − − Profile: P1 G − 0 − − H − 0 − − 1 J − 0 − − J − 1 − − acc (m/s) Computation: Visco- K − 0 − − 0 L − 1 − − elastic M − 0 − − Q − 0 − − − − − 1 R − 0 − − S − 0 − − Condition sub: Rigid T − 0 − − − − 2 − Y − 0 − − Z − 0 − − Z − 1 − − − − − 3 Iteration-1 Iteration-1 improved Iteration-2 − − 4 − 0 0.5 1 1.5 2 2 0 0 0.5 1 1.5 2 2 0 0 0.5 1 1.5 2 time (s) time (s) time (s) From it-1 to it-2: Convergence almost achieved ! § § Most of the divergences came from minor mistakes § Pb in units, § Pb of numerical dispersion § Pb of damping calibration (still to be done!) § Pb in input motion consideration and soil properties