1. International Benchmark on Numerical Simulations for 1D, Nonlinear Site Response (PRENOLIN): Verification Phase Based on Canonical Cases
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Gaetano Falcone, Fabrice Hollender, Alborz Ghofrani, Mahdi Taiebat, Michael Musgrove, Pierre-Yves Bard, Evangelia Garini, George Gazetas, Daniela Boldini, Luca Verrucci, Kohei Watanabe, Luis Fabian Bonilla, Aneta Richterova, Alex Nieto-Ferro, Peter Moczo, Annamaria di Lernia, Long Chen, Jian Shi, Boris Jeremić, Federico Pisanò, Stavroula Kontoe, Céline Gélis, Steve Kramer, James R. Gingery, Angelo Amorosi, Evelyne Foerster, Domniki Asimaki, Joseph Harmon, Julie Régnier, Sebastiano Foti, Jozef Kristek, Alessandro Pagliaroli, Giuseppe Tropeano, Anna Chiaradonna, Youssef M. A. Hashash, Silvana Montoya-Noguera, Maria Paola Santisi d'Avila, Francesco Silvestri, Susumu Iai, Florent Demartin, Nathalie Glinsky, Marco Ebrille, Fernando Lopez-Caballero, Suwal Sajana, Etienne Bertrand, Deborah Sicilia, Amalia Giannakou, Graeme McAllister, E. Diego Mercerat, Pedro Arduino, Hiroshi Kawase, Giuseppe Lanzo, Ahmed Elgamal, Marianne Marot, Régnier, Julie, Bonilla, Luis‐fabian, Bard, Pierre‐yve, Bertrand, Etienne, Hollender, Fabrice, Kawase, Hiroshi, Sicilia, Deborah, Arduino, Pedro, Amorosi, Angelo, Asimaki, Domniki, Boldini, Daniela, Chen, Long, Chiaradonna, Anna, Demartin, Florent, Ebrille, Marco, Elgamal, Ahmed, Falcone, Gaetano, Foerster, Evelyne, Foti, Sebastiano, Garini, Evangelia, Gazetas, George, Gélis, Céline, Ghofrani, Alborz, Giannakou, Amalia, Gingery, James R., Glinsky, Nathalie, Harmon, Joseph, Hashash, Youssef, Iai, Susumu, Jeremić, Bori, Kramer, Steve, Kontoe, Stavroula, Kristek, Jozef, Lanzo, Giuseppe, Lernia, Annamaria di, Lopez‐caballero, Fernando, Marot, Marianne, Mcallister, Graeme, Diego Mercerat, E., Moczo, Peter, Montoya‐noguera, Silvana, Musgrove, Michael, Nieto‐ferro, Alex, Pagliaroli, Alessandro, Pisanò, Federico, Richterova, Aneta, Sajana, Suwal, Santisi d'Avila, Maria Paola, Shi, Jian, Silvestri, Francesco, Taiebat, Mahdi, Tropeano, Giuseppe, Verrucci, Luca, Watanabe, Kohei, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet MOUVGS (Cerema Equipe-projet MOUVGS), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Séismes et Vibrations (IFSTTAR/GERS/SV), Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Communauté Université Paris-Est, Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR), Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), CEA Cadarache, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University [Kyoto], Département de sismologie (DS (UMR_7580)), IPG PARIS-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (MSSMat), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CentraleSupélec, Régnier, J., Bonilla, L.F., Bard, P.Y., Bertrand, E., Hollender, F., Kawase, H., Sicilia, D., Arduino, P., Amorosi, A., Asimaki, D., Boldini, D., Chen, L., Chiaradonna, A., Demartin, F., Ebrille, M., Elgamal, A., Falcone, G., Foerster, E., Foti, S., Garini, E., Gazetas, G., Gélis, C., Ghofrani, A., Giannakou, A., Gingery, J.R., Glinsky, N., Harmon, J., Hashash, Y., Iai, S., Jeremić, B., Kramer, S., Kontoe, S., Kristek, J., Lanzo, G., di Lernia, A., Lopez-Caballero, F., Marot, M., Mcallister, G., Mercerat, E.D., Moczo, P., Montoya-Noguera, S., Musgrove, M., Nieto-Ferro, A., Pagliaroli, A., Pisanò, F., Richterova, A., Sajana, S., Santisi d'Avila, M.P., Shi, J., Silvestri, F., Taiebat, M., Tropeano, G., Verrucci, L., Watanabe, K., Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Disaster Prevention Research Institute (DPRI), CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-IPG PARIS-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Kyoto University, Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Etudes de Mécanique Sismique (EMSI), Service d'Etudes Mécaniques et Thermiques (SEMT), Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
- Subjects
Geochemistry & Geophysics ,Peak ground acceleration ,Earthquake ,Wave propagation ,Computation ,0211 other engineering and technologies ,0404 Geophysics ,02 engineering and technology ,Seismic ,010502 geochemistry & geophysics ,Civil Engineering ,01 natural sciences ,0905 Civil Engineering ,Viscoelasticity ,Ground response analysis ,Geochemistry and Petrology ,Applied mathematics ,Boundary value problem ,seismic response analysis, numerical modelling ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,021101 geological & geomatics engineering ,0105 earth and related environmental sciences ,Mathematics ,Geophysics ,Computer simulation ,business.industry ,[SPI.GCIV.GEOTECH]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering/Géotechnique ,Structural engineering ,Dissipation ,Nonlinear system ,geophysics ,geochemistry and petrology ,[SPI.GCIV.DV]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering/Dynamique, vibrations ,business - Abstract
© 2016 Seismological Society of America. All rights reserved. PREdiction of NOn-LINear soil behavior (PRENOLIN) is an international benchmark aiming to test multiple numerical simulation codes that are capable of predicting nonlinear seismic site response with various constitutive models. One of the objectives of this project is the assessment of the uncertainties associated with nonlinear simulation of 1D site effects. A first verification phase (i.e., comparison between numerical codes on simple idealistic cases) will be followed by a validation phase, comparing the predictions of such numerical estimations with actual strongmotion recordings obtained at well-known sites. The benchmark presently involves 21 teams and 23 different computational codes. We present here the main results of the verification phase dealing with simple cases. Three different idealized soil profiles were tested over a wide range of shear strains with different input motions and different boundary conditions at the sediment/bedrock interface. A first iteration focusing on the elastic and viscoelastic cases was proved to be useful to ensure a common understanding and to identify numerical issues before pursuing the nonlinear modeling. Besides minor mistakes in the implementation of input parameters and output units, the initial discrepancies between the numerical results can be attributed to (1) different understanding of the expression “input motion” in different communities, and (2) different implementations of material damping and possible numerical energy dissipation. The second round of computations thus allowed a convergence of all teams to the Haskell–Thomson analytical solution in elastic and viscoelastic cases. For nonlinear computations, we investigate the epistemic uncertainties related only to wave propagation modeling using different nonlinear constitutive models. Such epistemic uncertainties are shown to increase with the strain level and to reach values around 0.2 (log10scale) for a peak ground acceleration of 5 m=s2at the base of the soil column, which may be reduced by almost 50% when the various constitutive models used the same shear strength and damping implementation.
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- 2016
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