Characterization of response spectra for near field conditions by earthquake ground motion simulation

Abstract

Azalım ilişkileri benzeri kuvvetli yer hareketi tahmin modelleri genellikle ampirik verilere dayanmaktadır. Ancak, fay yakın sahasinda elde edilmiş güvenilir kuvvetli yer hareketi kayıt sayısı sınırlıdır. Depremlerden elde edilen kayıtların bir dezavantajı ise bu kayıtların kaynak, yol ve özellikle yerel zemin koşulları etkilerinin tamamını yansıtması ve dolayısıyla bu özelliklerden herhangi birinin incelenmesinde gerekli ayrışımın bazı durumlarda mümkün olmamasıdır. Bu nedenle heterojen bir ortamda fay yırtılması sonucunda oluşacak üç boyutlu dalga yayınımının gerçekçi bir şekilde benzeşimi kuvvetli yer hareketinin düzlemsel değişkenliklerinin belirlenmesi açısından önemlidir. Bu çalışmada üç boyutlu atlamalı ızgaralı sonlu farklar yöntemi ile kinematik benzeşim yapılarak yakın fay sahası etkileri incelenmiştir. Bu amaçla öncelikle 2004 Mw = 6.0 Parkfield depremi için bir benzeşim modeli hazırlanmış ve bu depremden elde edilen 40'ın üzerindeki yakın saha kaydı simüle edilmiştir. Elde edilen olumlu sonuçlara dayanılarak 3DFD yöntemi ile yakın saha koşullarının özelliklerinin belirlenmesi amacıyla 6.0 ? 7.4 magnitüd aralığında sekizi yanal atımlı ve üçü ters atımlı olmak üzere 11 deprem simüle edilmiştir. Elde edilen yüzey yer hareketleri faya paralel ve faya dik doğrultudaki bileşenler ve ilgili tepki spektrumları cinsinden değerlendirilmiş ve deprem tehlikesi analizinden elde edilen yer hareketlererinin yakin fay sahası etkileri açısından modifikasyonu için basit modeller önerilmiştir. Bu çalışma, aynı zamanda kinematik simülasyonun ve özellikle kullanılan 3DFD yönteminin mühendislik uygulamaları açısından gerekli olacak düşük frekanslı yer hareketlerinin elde edilmesi açısından uygun bir yöntem olduğunu ortaya koymaktadır.

Strong ground motion estimation tools such as attenuation relationships rely mostly on empirical data. and good quality strong motion data are still sparse for near field conditions. Strong ground motion characteristics on the other hand carry with them all the source, path and local site effects. These features can sometimes be hardly differentiated when one is willing to study only one of them. As such, realistic simulation of 3D wavefield generated by a fault rupture in a heterogeneous medium becomes critical for the study of the spatial variability of strong ground motion. In this study I use kinematic simulation with 3D Staggered ? Grid Finite Difference method to study near source effects. First a simulation model has been set for the 2004 Mw=6.0 Parkfield earthquake and over 40 near source recordings have been simulated. Based on the favorable results, 3DFD has been used for the characterization of directivity effects. Eleven earthquakes (M 6.0 to 7.4) have been modeled, eight of them being strike-slip and the remaining ones being dip-slip events. Resulting spatial distributions of fault parallel, fault normal and average response spectral accelerations at large periods have been analyzed and general formulations have been derived for the characterization of near source directivity effects. With recently emerging structural design methods, engineering studies concentrate more and more on the long period characteristics of strong ground motion. The present study validates the 3DFD method as a useful method for the simulation of low frequency strong ground motion in realistic earth media for engineering purposes.