Συντάχθηκε 10-05-2010 11:42
από Nektaria Fytraki
Email συντάκτη: nfytraki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
-
Κύρια: υπάλληλος.
Άλλες ιδιότητες: υπάλληλος ΜΗΧΟΠ
Παρουσίαση
Διδακτορικής Διατριβής
του Κρητικάκη Γεώργιου του Στέργου
Διπλωματούχου Μηχανικού Ορυκτών Πόρων
του Πολυτεχνείου Κρήτης
Τίτλος Διδακτορικής Διατριβής:
«Επιφανειακά Κύματα: Εφαρμογές σε Περιβαλλοντικά
και Γεωτεχνικά Προβλήματα»
Ημέρα παρουσίασης: Παρασκευή, 14 Μαΐου 2010
Ώρα παρουσίασης: 11:00
Τόπος παρουσίασης: Αίθουσα Συνεδριάσεων ΜηχΟΠ
Επταμελής Εξεταστική Επιτροπή:
• Καθηγητής Αντ.Βαφείδης (επιβλέπων)
• Καθηγητής Ζ.Αγιουτάντης
• Καθηγητής Κ.Πιτιλάκης (ΑΠΘ)
• Καθηγητής Γρ.Τσόκας (ΑΠΘ)
• Επ.Καθηγητής Δ.Ραπτάκης (ΑΠΘ)
• Επ.Καθηγητής Π.Τσούρλος (ΑΠΘ)
• Επίκ.Καθηγητής Γ.Αποστολόπουλος (ΕΜΠ)
Περίληψη διδακτορικής διατριβής
Η ενασχόληση με το αντικείμενο της γεωφυσικής έρευνας κατά το οποίο οι ταχύτητες των εγκαρσίων σεισμικών κυμάτων προσδιορίζονται από δεδομένα συναφούς εδαφικού θορύβου και πιο συγκεκριμένα από επιφανειακά κύματα Rayleigh, παρουσιάζει τα τελευταία χρόνια ραγδαία εξέλιξη στη γεωτεχνική και περιβαλλοντική γεωφυσική. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται, τόσο την ανάπτυξη τεχνικών αντιστροφής καμπυλών διασποράς των επιφανειακών κυμάτων Rayleigh, όσο και την εφαρμογή των τεχνικών αυτών σε περιοχές περιβαλλοντικού και γεωτεχνικού ενδιαφέροντος, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της πολυκάναλης ανάλυσης των επιφανειακών κυμάτων (Multichannel Analysis of Surface Waves – MASW).
Η επίτευξη των στόχων της διατριβής αυτής δεν θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί χωρίς ενδελεχή βιβλιογραφική έρευνα. Για τον λόγο αυτό, μεγάλο μέρος του συγγράμματος αφιερώνεται στην παρουσίαση της ιστορικής εξέλιξης της μεθόδου της πολυκάναλης ανάλυσης των επιφανειακών κυμάτων, καθώς επίσης και στην περιγραφή πληθώρας τεχνικών που έχουν αναπτυχθεί από άλλους ερευνητές και αφορούν στην εφαρμογή της εν λόγω μεθόδου.
Η ανάπτυξη σε βάθος των χαρακτηριστικών των επιφανειακών κυμάτων Rayleigh δεν αποτελεί βασικό στόχο της διατριβής αυτής. Ωστόσο, περιγράφονται όλες οι απαραίτητες έννοιες που διέπουν την υλοποίηση της μεθόδου της πολυκάναλης ανάλυσης των επιφανειακών κυμάτων, όπως η δημιουργία, η διάδοση και η διασπορά των κυμάτων αυτών.
Στα πλαίσια της διατριβής αυτής αναπτύχθηκαν πρωτότυποι αλγόριθμοι που στοχεύουν στην ολοκληρωμένη επεξεργασία σεισμικών καταγραφών με την μέθοδο της πολυκάναλης ανάλυσης των επιφανειακών κυμάτων. Ο πυρήνας τους αποτελείται από ένα εκτελέσιμο αρχείο δομημένο σε γλώσσα FORTRAN που υλοποιεί την επίλυση του ευθέως προβλήματος και την αντιστροφή των πειραματικών καμπυλών διασποράς, ενώ πλαισιώνεται με αλγόριθμους σε γλώσσα MATLAB™, οι οποίοι χρησιμοποιούνται, αφενός για την ανάγνωση σεισμικών δεδομένων και τον προσδιορισμό των πειραματικών καμπυλών διασποράς τους και αφετέρου, για την διαχείριση και απεικόνιση των ενδιάμεσων και τελικών αποτελεσμάτων της επεξεργασίας. Έτσι, μεγάλο μέρος της διατριβής αυτής αφιερώνεται στην περιγραφή της υλοποίησης των σταδίων που απαρτίζουν τη μέθοδο της πολυκάναλης ανάλυσης των επιφανειακών κυμάτων, δίνοντας έμφαση στην ανάπτυξη τεχνικών αντιστροφής για τον προσδιορισμό της κατακόρυφης μεταβολής της ταχύτητας Vs.
Ειδικότερα, οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής επιτρέπουν την οριοθέτηση του αρχικού μοντέλου αντιστροφής με μεγάλη ευελιξία, παρέχοντας επίσης τη δυνατότητα διατήρησης πιθανών a-priori πληροφοριών που προέρχονται από άλλες γεωφυσικές ή/και γεωτεχνικές μεθόδους. Επιπλέον, διατίθεται πλήθος επιλογών στη χρήση τεχνικών αντιστροφής, όπως αντιστροφή με την μέθοδο Quasi-Newton, ελαχιστοποίηση της νόρμας L1 ή L2, περιορισμός εξομάλυνσης (smoothing), απόσβεσης (damping), τραχύτητας (blocky) και συνδυασμός αυτών, καθώς και σταθμισμένη αντιστροφή με τα σφάλματα των μετρήσεων ή με τις τιμές του Ιακωβιανού πίνακα.
Οι αλγόριθμοι και η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διατριβής αυτής ελέγχθηκαν με τη χρήση συνθετικών καμπυλών διασποράς και συνθετικών σεισμικών δεδομένων, ενώ η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων αντιστροφής πραγματοποιήθηκε σε πραγματικά δεδομένα που αποκτήθηκαν πλησίον θέσεως, όπου διεξάχθηκε πείραμα με τη μέθοδο cross-hole. Τα δεδομένα αυτά αντιστράφηκαν, τόσο με τους πρωτότυπους αλγόριθμους που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, όσο και με αντίστοιχα εμπορικά πακέτα επεξεργασίας.
Η προτεινόμενη μεθοδολογία επεξεργασίας των σεισμικών καταγραφών με τη μέθοδο της πολυκάναλης ανάλυσης των επιφανειακών κυμάτων εφαρμόστηκε με τη χρήση δύο διαφορετικών τεχνικών αντιστροφής (απόσβεση και συνδυασμός τραχύτητας με ελαχιστοποίηση της νόρμας L1) στις περιοχές περιβαλλοντικού ενδιαφέροντος: του Porto Marghera, στην Βενετία της Ιταλίας, του Porto Petroli, στην Γένοβα της Ιταλίας και του Στύλου Χανίων. Οι ίδιες τεχνικές αντιστροφής δοκιμάστηκαν επίσης και στις περιοχές γεωτεχνικού ενδιαφέροντος: του Λιγιδέ Χανίων, του 13ου km της νέας εθνικής οδού Χανίων – Κισσάμου, της Σούδας και του Πλατανιά Χανίων.
Τα κυριότερα συμπεράσματα που προέκυψαν κατά την εκπόνηση της διατριβής αυτής είναι ότι η συνδυαστική εφαρμογή του περιορισμού τραχύτητας με ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση της νόρμας L1 δίνει, κατά κανόνα, τα καλύτερα αποτελέσματα. Ωστόσο, από την εφαρμογή των διαφορετικών τεχνικών αντιστροφής στα πραγματικά δεδομένα προέκυψαν, σε γενικές γραμμές, παρόμοια αποτελέσματα, υποδεικνύοντας έτσι ότι η αντιστροφή των καμπυλών διασποράς των επιφανειακών κυμάτων Rayleigh δεν επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την επιλογή της τεχνικής αντιστροφής. Παρόλα αυτά, σε κάθε περιοχή μελέτης κρίνεται απαραίτητη η εύρεση της καταλληλότερης τεχνικής αντιστροφής. Τέλος, η προτεινόμενη μεθοδολογία και οι αλγόριθμοι που έχουν δημιουργηθεί αποτελούν ένα ισχυρό εργαλείο εφαρμογής της μεθόδου της πολυκάναλης ανάλυσης των επιφανειακών κυμάτων στην επίλυση περιβαλλοντικών και γεωτεχνικών προβλημάτων.
