QSHA - WP3

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QSHA - WP3. Echelle des phénomènes sismiques. Une série de phénomènes en milieu continu. « STRUCTURE ». Effet spécifique du site local associé au mouvement fort. Locale : m, 20-40 sec. Surface libre. « SITE ». Locale : dizaines m, 20-40 sec. Radiation des ondes sismiques. - PowerPoint PPT Presentation

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  • QSHA - WP3

  • Echelle des phnomnes sismiquesSurface libreFaille (sisme) SOURCE PROPAGATION Radiation des ondes sismiques SITE M6 : ~ 10 km, < 10 secM7 : ~ 30 km, 20-30 sec Regionale : 10 km, 20-40 secNationale : 100 km, > 1 minGlobale : la Terre, > heuresLocale : dizaines m, 20-40 sec STRUCTURE Locale : m, 20-40 secEffet spcifique du site local associ au mouvement fortUne srie de phnomnes en milieu continu

  • Source = BIEM Propagation = FDMSite = FEMOnde3DGrilles dcales (4me ordre en espace)Milieu lastiqueGomtrie de faille non planaireGEFDYN (cole Centrale Paris BRGM)Rponse sismique non linaireOutils numriques au brgmCouplage FDM-FEM : Injection/absorption des ondes sur frontires

  • Nos outils - Ondes3DFDM (mthode de diffrences finies)Milieu lastique htrogne (avec un coefficient dattnuation)Grilles dcales structurelles (4me ordre en espace) PML absorbing condition pour frontirescrit en langage CCode paralllis (MPI)

  • Nos outils - GEFDYNFEM (mthode de lments finis)Gomtries complexes (2D/3D)Milieux htrognes multiphasiques (fluide-solide ou air-fluide-solide)Diffrentes lois de comportement possibles pour tudier la rponse non linaire des gomatriaux (sismes, mouvements de terrains, phnomnes de liqufaction, etc.) : EP, VPDiffrents types dlments (linaires/quadratiques) : lments volumiques fluides/solides (1/2/3D)lments de structure (poutres, barres, plaques,)

    lments de contacts, discontinuits (joints avec lois non linaires, split node)

    lments rigides (chocs, impact de blocs)lments de frontire (CL) : Frontire absorbante (approximation paraxiale dordres 0, 1) Chargements hydrauliques (suintement) / mcaniques (liniques, surfaciques)Diffrents types danalyses (statique/dynamique, excavation/construction par couches, THM, etc.)crit en langage FortranCode paralllis (MPI)

  • Couplage FDM FEMSimulation grande chelle en partant de la sourceFDM : propagation sans tenir compte de la complexit locale

    Impdance spectrale (vitesse + vecteur contrainte) + condition absorbante imposes sur frontire S

    Simulation locale (chelle site)FEM : simulation incluant les configurations complexes (matriaux, topographie, etc.)

  • Couplage FDM FEM : validation 2D Problme 2D P-SV (point source)Simulation grande chelleSimulation chelle site110 lments paraxiaux la baseMmes pas entre FDM/FEM (espace, temps) Milieu homogne linaire lastiqueVs = 1500 m/s, Vp = 3200 m/s, = 2280 kg/m3Zone modle FEMImpdance spectrale (vitesse + vecteur contrainte) + condition absorbante sur S

  • Couplage FDM FEM : validation 2D Multiples rflexions dondes...De Martin et al. (2006)Couplage OK !

  • Vitesse (m/s)Onde sismique

  • Sdiment (3D-BRGM) + Bedrock (presque 1D)

    Bedrock (1D)A amliorer dans QSHA!Simulation grande chelle Nice ( collaboration brgm Gosciences Azur)

  • Centre historique de NiceTaille physique : 2km x 2km x 180mMilieu continu avec prise en compte de la topographie et diffrentiation des formations gologiques de surface : 1 rocher + 5 alluvions (sables, argiles) Simulations FEM 3D - Nice (chelle site)

  • La taille des lments par couche dpend :des vitesses des ondes (dispersion numrique) => pour Nice, [3-24] mde la frquence maximale attendue pour le sisme (entre 0-15Hz) => Ici : 0-9Hz (limitations essentiellement hardware et CPU)Simulations FEM 3D - Nice (chelle site)

    Code

    Description des formations

    VS

    (m/s)

    VP

    ( 0.3

    (m/s)

    XY max

    10 points, 7Hz

    (m)

    Z max

    10 points, 7Hz

    (m)

    satur

    (kg/m3)

    h

    (m)

    A12

    Sables, graviers et remblais

    200

    370

    3

    5

    1800

    10

    A3

    Limons et argile

    200

    375

    3

    5.5

    1700

    30

    A456

    Sables et graviers

    250

    460

    4

    6.5

    2000

    20

    A7

    Argiles et limons

    260

    490

    4

    7

    1800

    15

    A8

    Sables et graviers

    300

    560

    4.5

    8

    2000

    25

    Rocher

    Rocher (( -100m)

    1050

    1700

    15

    24

    2100

    > 20

  • Modles homognes (validation, faisabilit) :Sisme en mer fv. 2001 (Mw=4.1)Plage : 0-5Hz (9500 pas de temps)Calculs drains + lasticit + condition rocher rigide :~223 000 lments hexadriques linaires (~20m) => ~626 000 ddls~280 000 lments ttradriques linaires (~25m) => ~1.2M ddls~1.3 Millions lments ttradriques quadratiques (3m ~ 24m) => ~5M ddlsTemps : Hexadres: 38h (cluster brgm 12 processeurs), 8h (cluster Inria 32 processeurs)Ttradres: Lin. 10h (cluster brgm 8 processeurs), Quad. 50h (cluster Inria 80 processeurs)Sorties : vecteurs a/v/u aux nuds : 500 Mo/vecteurtenseurs contraintes / dformations aux points de Gauss : plusieurs Go/tenseurMmoire totale requise/calcul : environ 22 Go (lin), 120Go (quad)Simulations FEM 3D - Nice (chelle site)

  • Couplage FDM-FEM :Amliorer la condition dabsorption pour liminer les ondes parasites : paraxiaux dordre suprieur ?Passer une formulation implicite (stabilit, non linaire)Validations 2D avec topographie et 3D

    Ala Nice :Modle rel : couplage avec FDM pour input motion (condition rocher dformable) => sisme Mw=6.5 (modifi par FGE)loi non linaire pour alluvions (elast. nlin. + MC cyclique)

    Ala GrenoblePerspectives QSHA

  • Benchmark ESG 2006 (Grenoble) Vue 3DVue en plan du bassin grenoblois2 sources ponctuel (M2.8, M2.9)2 sources tendues (M6)Modle standard : 30 km x 30 km x 10 km, Ds = 100m,Dt = 0.005s, soit 11M grilles x 2800 tapes = 2h sur 8 CPUs brgm

    Modle fin : 30 km x 30 km x 6 km, Ds = 50m, Dt = 0.003s, soit 50 M mailles x 10000 tapes = 18h sur 16 CPUs brgm

    Bedrock (1D layer) + forme de bassin (3D) + sdiment (1D)

  • Estimation empirique et simulation numrique sur le mouvement fort Anomalies dans le bassin dues la structure Anomalies au rocher due la sourceAmplification importante par rapport au loi empiriquePerspectives QSHA