Προσομοίωση της σεισμικής κίνησης με τη χρήση δισδιάστατων και τρισδιάστατων μοντέλων

Abstract

In the first part of the dissertation the basic principles of the Finite Difference method are presented along with the equations of seismic wave propagation in an elastic and isotropic medium in three dimensions, for continuous and discrete space. Moreover, the Non-Splitting Perfect Matching Layers (NPML), one of the most efficient methods for truncating computational models in Finite Difference method and its implementation in the Finite Difference code used, is studied. The properties and characteristics of absorbing/non-reflecting boundaries used as artificial boundaries in various numerical simulation methods are also presented. For the evaluation of NPML implementation in the Finite Difference code used in this study, quantified comparisons of their efficiency comparing to other standard absorbing/non-reflecting boundaries are also conducted for various synthetic models. In the second part an attempt is made for studying the seismic response of the broader area of Thessaloniki, using the Finite Difference method. Many efforts for studying the seismic response of the specific area have been made in the past years, but this is the first time that a fully 3D study has been performed. The 3D study allowed the validation of the available geophysical models for the study area and at the same time a more detailed and precise 3D mapping of strong ground motion characteristics from seismic sources in the vicinity of the metropolitan area of Thessaloniki

Στο πρώτο μέρος της διατριβής παρουσιάζονται τα θεωρητικά χαρακτηριστικά της μεθόδου των Πεπερασμένων Διαφορών (Π.Δ.) και τροποποιούνται οι εξισώσεις της μεθόδου των «μη χωριζόμενων-απόλυτα ταυτιζόμενων στρωμάτων» στο καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων. Παράλληλα παρουσιάζεται η ενσωμάτωση των «μη χωριζόμενων-απόλυτα ταυτιζόμενων στρωμάτων» στον κώδικα των Π.Δ. που χρησιμοποιήθηκε στη διατριβή και ελέγχεται η συμπεριφορά και η αποδοτικότητα του νέου σχήματος σε διάφορα συνθετικά προσομοιώματα. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής γίνεται μια προσπάθεια για τη μελέτη της σεισμικής απόκρισης της ευρύτερης περιοχής της Θεσσαλονίκης, με τη χρήση σύγχρονων υπολογιστικών εργαλείων και συγκεκριμένα της μεθόδου των Π.Δ.. Στο παρελθόν έχουν πραγματοποιηθεί και άλλες προσπάθειες μελέτης της σεισμικής απόκρισης της συγκεκριμένης περιοχής, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που η μελέτη επεκτείνεται στις τρείς διαστάσεις, δηλαδή η τεχνική εφαρμόζεται σε τρισδιάστατο μέσο. Το γεγονός αυτό επέτρεψε τόσο την αξιολόγηση των διαθέσιμων τρισδιάστατων γεωφυσικών προσομοιωμάτων για την περιοχή αλλά και τη λεπτομερέστερη και ακριβέστερη αποτύπωση των τρισδιάστατων χαρακτηριστικών της εδαφικής κίνησης από διάφορες σεισμικές πηγές που μπορεί να απειλήσουν το πολεοδομικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης