Εφαρμοσμένη Γεωφυσική και Σεισμολογία

Το μάθημα έχει ως στόχο την παροχή συμπληρωματικών γνώσεων στους φοιτητές που αφορούν τη γνώση μαθηματικών και τη χρήση Η/Υ για την επίλυση εφαρμοσμένων προβλημάτων. Δίνεται έμφαση στο συνδυασμό της χρήσης μαθηματικών και Η/Υ και στην ενδεικτική επίλυση απλών Γεωφυσικών προβλημάτων.
Τα επιμέρους αντικείμενα που θα διδαχθούν είναι:
Α) Διαφορικός Διανυσματικός Λογισμός και βασικές αρχές Αναλυτικής Γεωμετρίας
Β) Εισαγωγή στον Ολοκληρωτικό Διανυσματικό Λογισμό
Γ) Ανάλυση Fourier
Δ) Εισαγωγή στη γλώσσα προγραμματισμού Fortran και εφαρμογές της Fortran στην ανάλυση Fourier και στην επίλυση επιλεγμένων προβλημάτων διαφορικού και ολοκληρωτικού λογισμού

ΓΕΩΔΥΝΑΜΙΚΗ: Λιθοσφαιρικές πλάκες (λιθόσφαιρα, όρια επαύξησης, ζώνες κατάδυσης, ρήγματα μετασχηματισμού, θερμές κηλίδες και θύσανοι μανδύα, ήπειροι, παλαιομαγνητισμός και κίνηση πλακών, τριπλή «σύνδεση», κύκλος Wilson, ηπειρωτική σύγκλιση, ηφαιστειότητα και ροή θερμότητας, σεισμικότητα και κατάσταση τάσης στη λιθόσφαιρα). Τάση και ανηγμένη παραμόρφωση σε στερεά (δυνάμεις χώρου και επιφανείας, τάση σε δύο και τρεις διαστάσεις, πίεση στο εσωτερικό των πλανητών, μετρήσεις τάσης, βασικές ιδέες για την ανηγμένη παραμόρφωση, μετρήσεις ανηγμένης παραμόρφωσης).

ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΗ: Σεισμοτεκτονική ανάλυση, συγκριτική σεισμοτεκτονική, ο ρόλος σεισμικής και ασεισμικής ολίσθησης, επαγόμενη σεισμικότητα)

Θραυστική διάρρηξη των πετρωμάτων (θεωρητικές έννοιες, πειραματικές μελέτες της αντοχής των πετρωμάτων, η επίδραση των υγρών των πόρων στη διάρρηξη, θραυστική–πλαστική μετάβαση). Τριβή των πετρωμάτων (θεωρητικές έννοιες, πειραματικές μελέτες της τριβής, σεισμική ολίσθηση, τριβή σε γεωλογικές συνθήκες). Μηχανική της διάρρηξης (πλαίσιο μηχανικής, σχηματισμός και ανάπτυξη ρηγμάτων, αντοχή και ρεολογία των ρηγμάτων, μορφολογία των ρηγμάτων και μηχανικές επιδράσεις της ετερογένειας). Μηχανική των σεισμών (ιστορική εξέλιξη, θεωρητικό υπόβαθρο, ποσοτική εκτίμηση, παρατηρήσεις σεισμών – ειδικές περιπτώσεις, μηχανική σύνθετων σεισμών).

Ελαστικά κύματα σε χορδή, Τάση και Παραμόρφωση, Σεισμικά κύματα, Νόμος του Snell, Συντελεστές ανάκλασης και διάθλασης επίπεδων κυμάτων. Επιφανειακά κύματα, Διασπορά, Ελεύθερες Ταλαντώσεις της Γης.

Προτεινόμενο Σύγγραμμα/ Suggested Textbook:

«An Introduction to Seismology, Earthquakes and Earth Structure» Stein, S., and M. Wysession, 2003, Blackwell Publishing Co., ISBN 0-86542-078-5

Το μάθημα έχει ως σκοπό την εξοικείωση  των μεταπτυχιακών φοιτητών με τη θεωρία της αντιστροφής και την εφαρμογή της σε Γεωφυσικά προβλήματα. Δίνεται έμφαση στις βασικές αρχές των μεθόδων αντιστροφής,  σε παραδείγματα εφαρμογής τους στη Γεωφυσική, καθώς και στην υλοποίηση  των μεθόδων αντιστροφής σε κώδικα στη γλώσσα προγραμματισμού Matlab. Τα επιμέρους αντικείμενα που θα διδαχτούν είναι τα εξής:
1) Εισαγωγή στις Γενικές Αρχές της θεωρίας Αντιστροφής (Ευθύ και αντίστροφο πρόβλημα, παραμετροποίηση μοντέλου, κλπ.)
2) Μή γραμμικά και γραμμικά/γραμμικοποιημένα αντίστροφα προβλήματα. Παραδείγματα από τη Γεωφυσική
3) Επίλυση γραμμικών προβλημάτων με τη θεωρία Ελαχίστων Τετραγώνων
4) Μέτρα αξιολόγησης της λύσης (Πίνακες συμμεταβλητότητας, Πίνακας διακριτικής ικανότητας, Μήκος διακριτικής ικανότητας)
5) Ανάλυση Ιδιαζόντων Τιμών και σύνδεση με τη λύση ελαχίστων τετραγώνων
6) Ελάχιστα τετράγωνα με κανονικοποίηση: α) Ελάχιστα τετράγωνα με απόσβεση, β) Ελάχιστα τετράγωνα με παράγοντες εξομάλυνσης
7) Επίλυση επιλεγμένων προβλημάτων με τη χρήση της MATLAB

Το μάθημα έχει ως  στόχο την εξοικείωση  των μεταπτυχιακών φοιτητών με τις εφαρμογές της Γεωφυσικής στην επίλυση εφαρμοσμένων προβλημάτων που αφορούν την ασφάλεια, λειτουργία και συμπεριφορά τεχνικών υποδομών, καθώς και στη χαρτογράφηση γεωλογικών δομών που επηρεάζουν τεχνικά έργα. Δίνεται έμφαση στις βασικές αρχές των γεωφυσικών μεθόδων,  και κυρίως σε παραδείγματα εφαρμογής τους σε εφαρμοσμένα προβλήματα, όπως:
α) Μελέτη γεωκινδύνων (αντισεισμικός σχεδιασμός τεχνικών έργων, εδαφική απόκριση, κατολισθήσεις, κλπ.)
β) Γεωλογική/γεωφυσική χαρτογράφηση περιοχών που επηρεάζουν τεχνικά έργα (φράγματα, οδοποιία, λεκάνες απορροής, κλπ.)
γ) Μή καταστροφικός έλεγχος τεχνικών έργων
Τα επιμέρους αντικείμενα που θα διδαχτούν είναι τα εξής:
1.    Εφαρμογή σεισμικών μεθόδων ενεργού πηγής (επιφανειακών και σε γεωτρήσεις) για τη μελέτη τεχνικών προβλημάτων
2.    Εφαρμογή παθητικών σεισμικών μεθόδων (μικροθόρυβος, κλπ.)
3.    Εφαρμογή μεθόδων ηλεκτρικής τομογραφίας
4.    Εφαρμογή μεθόδων γεωραντάρ

ΕΝΟΤΗΤΑ 1: Μηχανισμοί γένεσης, αντιστροφή σεισμικών κυματομορφών και συνθετικά σεισμογράμματα, Τανυστής σεισμικής ροπής, Σεισμοί και γεωδαισία, Σεισμικές Παράμετροι της Πηγής, Σεισμοί και Στατιστική
ΕΝΟΤΗΤΑ 2 & 3: Ο σεισμικός κύκλος, Πρόγνωση σεισμών. Στάδια του σεισμικού κύκλου και τα χαρακτηριστικά τους, ερμηνεία, μοντέλα συσσώρευσης ανηγμένης παραμόρφωσης και διάρρηξης των σεισμών, μεταφορά τάσης, στοιχεία της θεωρίας του χάους, fractals, αυτο-οργανωμένη κρισιμότητα (SOC), κρίσιμο σημείο (critical point), μακροπρόθεσμη-μεσοπρόθεσμη και βραχείας διάρκειας πρόγνωση σεισμών, μοντέλα και ερμηνεία τους, case-studies, συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης (early warning systems), εξέλιξη σεισμικών εξάρσεων

Το μάθημα έχει ως σκοπό την εξοικείωση  των μεταπτυχιακών φοιτητών με τη θεωρία και τις βασικές αρχές και έννοιες του κλάδου της Τεχνικής Σεισμολογίας, όπως είναι οι  παράμετροι που χαρακτηρίζουν και ποσοτικοποιούν την ισχυρή σεισμική κίνηση καθώς και η εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας.  Η κατανόηση των εννοιών αυτών είναι απαραίτητη για την εφαρμογή – ανάπτυξη των μεθοδολογιών  που διδάσκοντα  στα άλλα μαθήματα που σχετίζονται με τη  μελέτη της  ισχυρής σεισμικής κίνησης .  Τα θέματα που θα αναπτυχθούν είναι:

 Όργανα Καταγραφής Εδαφικής Επιτάχυνσης
•    Αρχές λειτουργίας επιταχυνσιογράφου
•    Δίκτυα ελευθέρου πεδίου
•    Δίκτυα 2D/3D

Περιγραφή της Ισχυρής Εδαφικής  Κίνησης
•    Μέγιστες εδαφικές τιμές (PGA, PGV, PGD)
•    Φάσμα απόκρισης
•    Διάρκεια σεισμικής δόνησης
•    Ενεργειακές παράμετροι
•    Μακροσεισμική ένταση

Σχέσεις πρόβλεψης της ισχυρής εδαφικής κίνησης
•    Βάσεις δεδομένων
•    Σχέσεις απόσβεσης επόμενης  γενιάς (NGA)

Εκτίμηση Σεισμικής Επικινδυνότητας
•    Μέτρα σεισμικής επικινδυνότητας
•    Χρονικά ανεξάρτητη
•    Χρονικά εξαρτημένη

Ισχυρή εδαφική κίνηση:
- Προσομοίωση της ισχυρής εδαφικής κίνησης στο κοντινό και το μακρινό πεδίο
- Χωρική μεταβλητότητα της εδαφικής κίνησης
- Χαρακτηριστικά επιταχυνσιογραφήματα και ελαστικά φάσματα ισχυρών σεισμών

Επίδραση των τοπικών εδαφικών συνθηκών (επιφανειακή γεωλογία και τοπογραφία) στην ισχυρή εδαφική ταλάντωση:
1.Θεωρητική προσέγγιση
2.Εμπειρική προσέγγιση
3. Εμπειρικοί και θεωρητικοί συντελεστές εδαφικής ενίσχυσης του σεισμικού κραδασμού

Παθολογία - Παρατηρούμενη συμπεριφορά κατασκευών πολιτικού μηχανικού σε σεισμικές επιπονήσεις.

Σύντομη εισαγωγή  στην  ισχυρή εδαφική κίνηση, θεωρία της διάδοσης των ελαστικών κυμάτων, φάσματα απόκρισης, φάσματα Fourier και άλλα μεγέθη περιγραφής της έντασης της ισχυρής εδαφικής κίνησης στη σεισμική μηχανική.

Δυναμική συμπεριφορά εδαφικών σχηματισμών, εργαστηριακές και επί τόπου δοκιμές για την εκτίμηση των δυναμικών ιδιοτήτων του εδάφους,

Ρευστοποίηση εδαφών
Εισαγωγή - παραδείγματα
Θεμελιώδεις αρχές της ρευστοποίησης
Εκτίμηση της διακινδύνευσης ρευστοποίησης
Αστοχίες λόγω ρευστοποίησης και μέτρα αντιμετώπισης

Σεισμική απόκριση εδαφών και εφαρμογές στην γεωτεχνική σεισμική μηχανική, Φάσματα σχεδιασμού -σύγχρονοι αντισεισμικοί κανονισμοί (Ευρωπαϊκός Αντισεισμικός Κανονισμός - Ευρωκώδικα 8, Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός - ΕΑΚ2002, διεθνείς κανονισμοί

1.Τύποι και χαρακτηριστικά σεισμομέτρων.
2.Ψηφιακές καταγραφές.
3.Τύποι σεισμολογικών δικτύων.
4.Δίκτυο σεισμολογικών σταθμών στον ελληνικό χώρο
5.Επεξεργασία σεισμολογικών καταγραφών για τον προσδιορισμό των εστιακών συντεταγμένων των σεισμών.
6.Υπολογισμός μεγεθών από ψηφιακές καταγραφές.

Το μάθημα περιλαμβάνει:
1) Ασκήσεις μετατροπής της καταγραφής σε εδαφική κίνηση και χαρτογράφησης σεισμολογικών δεδομένων.
2) Για τις ανάγκες των ασκήσεων οι φοιτητές εκπαιδεύονται στη χρήση Unix.
3) Πρακτική στην ανάλυση σεισμολογικών δεδομένων με βάση τις καταγραφές του ελληνικού σεισμολογικού δικτύου.