Závěrečná zpráva grantu 235/2003/B-GEO/MFF

Název projektu:3D modelování silných zemětřesných pohybů půdy pro realistický model seismického zdroje
Hlavní řešitel:RNDr. Ivo Opršal, Ph.D.
Spoluřešitelé: Mgr. František Gallovič; Mgr. Jan Burjánek
Období řešení:2003-2003
Celková dotace:139 tis. Kč

Souhrn výsledků

V rámci projektu byly studovány zejména dvě moderní metody výpočtu silných pohybů půdy pro konečný zlom: kinematický model k^-2 a kompozitní model s fraktálním rozložením subzdrojů. Obě metody byly aplikovány na modelování silných pohybů půdy způsobených Aténským zemětřesením z roku 1999 (Mw=5.9). Modelování mimo jiné ukázala, v jakých směrech se musí dané modely vylepšit (např. že kinematický model přeceňuje direktivitu z hlediska rozptylu hodnot PGA kolem empirické útlumové křivky a že výsledky obou metod jsou příliš silně ovlivněny vyzařovací charakteristikou, což neodpovídá pozorování).
Byla navrhnuta metoda na porovnávání pozorovaného záznamu silných pohybů půdy s třídou syntetických záznamů daných různými realizacemi stochastické složky ve výpočtu.
Nově byla též vyvinuta metoda interpolace Greenových funkcí pomocí 2D kubických splinů.
Kinematický k^-2 model byl testován jako metoda pro predikci silných pohybů půdy pro dotřes A25 (Mw=5.8) zemětřesení Izmit (Mw=7.4). Kompozitní model s fraktálním rozložením subzdrojů byl dále testován na dvou ničivých japonských zemětřeseních, jednoho z r. 1997 v prefektuře Kagošima (Mw=6.5) a druhého z r. 2000 v prefektuře Tottori (Mw=6.8).
Do hybridní 3D metody konečných diferencí (MKD) byl zaveden zjednodušený model viskózního útlumu. Zjednodušení spočívá v zavedení absorpční síly, působící proti směru okamžité rychlosti pohybu, přičítané v každém časovém kroku k aproximaci elastodynamické rovnice. Jediný faktor kvality prostředí Qp=Qs=Q je přímo úměrný frekvenci, za kterou se bere frekvence převládající. Tento zjednodušený model je opodstatněný díky velké neurčitosti znalosti faktoru Q ve strukturních modelech a díky faktu, ze středem zájmu modelování silných pohybů půdy jsou S-vlny, a tedy můžeme brát Q=Qs.
Hybridní metoda byla aplikována na ničivé zemětřesení v Aténách r. 1999. Pro simulaci zdroje bylo použito kinematického modelování konečného zdroje metodou PEXT. Lokální efekty byly počítány hybridní MKD pro 4 km  x 4 km velkou pánevní oblast Ano-Liosia. Ano-Liosia je hustě obydlené předměstí Atén se zaznamenanými intenzitami stupně IX a výskytem nejtěžších poškození. Tato oblast je rovněž anomální ve spektrálních poměrech H/V > 4 pro 1-4Hz. V oblasti neexistují záznamy hlavního otřesu a proto jeho modelování bylo ověřeno na záznamech ze stanic v Aténách s maximálním horizontálním zrychlením 0.2 až 0.3 g (epicentrální vzdálenost ~ 10 km). Silné pohyby půdy jsou simulovány do 6 Hz, a horizontální zrychlení lokálně přesahují 0.6 g (intenzita IX), což je v souladu s pozorováním.
Hybridní metoda byla též použita k simulaci nejsilnějšího známého Evropského historického zemětřesení  z r. 1356 v Basileji (I0=10, Mw~6,5-6,9) Pro zdrojové procesy použita kompletní metoda PEXT (Mw=5,9) a metoda pro pseudodynamické modelování šíření trhliny (Mw=6,5). Kombinované účinky zdroje a lokálních efektů dávají ve výsledku maximální horizontální zrychlení 1,6g a 0,12g, a maxima horizontální spektrální odezvy 4,5g a 2,5g (Mw=6,5) a 0,08g (Mw=5,9).