International Benchmark on Numerical Simulations for 1D, Nonlinear Site Response (PRENOLIN): Verification Phase Based on Canonical Cases
Julie Regnier
(1)
,
Luis Fabian Bonilla
(2)
,
Pierre Yves Bard
(3)
,
Etienne Bertrand
(1)
,
F. Hollender
(3, 4)
,
Hiroshi Kawase
(5)
,
Déborah Sicilia
(6)
,
Pedro Arduino
(7)
,
Angelo Amorosi
(8)
,
Domniki Asimaki
(9)
,
Daniela Boldini
(10)
,
Long Chen
(11)
,
Anna Chiaradonna
(12)
,
Florent de Martin
(13)
,
Marco Ebrille
,
Evelyne Foerster
(14)
,
Ahmed Elgamal
(15)
,
Gaetano Falcone
(16)
,
Evelyne Foerster
(14)
,
Sebastiano Foti
(17)
,
Evangelia Garini
(18)
,
George Gazetas
(18)
,
Celine Gelis
(19)
,
Alborz Ghofrani
(7)
,
Amalia Giannakou
,
James R. Gingery
,
Nathalie Glinsky
,
Joseph Harmon
(20)
,
Youssef Hashash
(20)
,
Susumu Iai
,
Boris Jeremić
,
Steve Kramer
,
Stavroula Kontoe
,
Jozef Kristek
,
Giuseppe Lanzo
,
Annamaria Di Lernia
,
Fernando Lopez‐caballero
(21)
,
Marianne Marot
,
Graeme Mcallister
,
E. Diego Mercerat
,
Peter Moczo
,
Silvana Montoya-Noguera
(21)
,
Michael Musgrove
,
Alex Nieto-Ferro
,
Alessandro Pagliaroli
,
Federico Pisanò
,
Aneta Richterova
,
Suwal Sajana
,
Maria Paola Santisi d'Avila
,
Jian Shi
,
Francesco Silvestri
,
Mahdi Taiebat
,
Giuseppe Tropeano
,
Luca Verrucci
,
Kohei Watanabe
1
Cerema Equipe-projet MOUVGS -
Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet MOUVGS
2 IFSTTAR/GERS/SV - Séismes et Vibrations
3 ISTerre - Institut des Sciences de la Terre
4 CEA Cadarache
5 DPRI - Disaster Prevention Research Institute
6 DS (UMR_7580) - Département de sismologie
7 University of Washington [Seattle]
8 UNIROMA - Università degli Studi di Roma "La Sapienza" = Sapienza University [Rome]
9 CALTECH - California Institute of Technology
10 Dipartimento di Ingegneria Civile
11 CEE - Department of Chemical and Environmental Engineering [Riverside]
12 University of Naples Federico II = Università degli studi di Napoli Federico II
13 BRGM - Bureau de Recherches Géologiques et Minières
14 EMSI - Laboratoire d'Etudes de Mécanique Sismique
15 UC San Diego - Department of Structural Engineering [Univ California San Diego]
16 UNIBA - Università degli studi di Bari Aldo Moro = University of Bari Aldo Moro
17 Polito - Politecnico di Torino = Polytechnic of Turin
18 NTUA - National Technical University of Athens [Athens]
19 IRSN/PSE-ENV/SCAN/BERSSIN - Bureau d'évaluation des risques sismiques pour la sûreté des installations
20 UIUC - University of Illinois at Urbana-Champaign [Urbana]
21 MSSMat - Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux
2 IFSTTAR/GERS/SV - Séismes et Vibrations
3 ISTerre - Institut des Sciences de la Terre
4 CEA Cadarache
5 DPRI - Disaster Prevention Research Institute
6 DS (UMR_7580) - Département de sismologie
7 University of Washington [Seattle]
8 UNIROMA - Università degli Studi di Roma "La Sapienza" = Sapienza University [Rome]
9 CALTECH - California Institute of Technology
10 Dipartimento di Ingegneria Civile
11 CEE - Department of Chemical and Environmental Engineering [Riverside]
12 University of Naples Federico II = Università degli studi di Napoli Federico II
13 BRGM - Bureau de Recherches Géologiques et Minières
14 EMSI - Laboratoire d'Etudes de Mécanique Sismique
15 UC San Diego - Department of Structural Engineering [Univ California San Diego]
16 UNIBA - Università degli studi di Bari Aldo Moro = University of Bari Aldo Moro
17 Polito - Politecnico di Torino = Polytechnic of Turin
18 NTUA - National Technical University of Athens [Athens]
19 IRSN/PSE-ENV/SCAN/BERSSIN - Bureau d'évaluation des risques sismiques pour la sûreté des installations
20 UIUC - University of Illinois at Urbana-Champaign [Urbana]
21 MSSMat - Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux
Pierre Yves Bard
- Fonction : Auteur
- PersonId : 12114
- IdHAL : pierre-yves-bard
- ORCID : 0000-0002-3018-1047
- IdRef : 060327685
Etienne Bertrand
- Fonction : Auteur
- PersonId : 965754
Florent de Martin
- Fonction : Auteur
- PersonId : 13539
- IdHAL : fdemartin
- ORCID : 0000-0003-3746-9067
- IdRef : 145561445
Marco Ebrille
- Fonction : Auteur
Celine Gelis
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1071051
- IdHAL : celine-gelis
- ORCID : 0000-0002-0915-3535
Amalia Giannakou
- Fonction : Auteur
James R. Gingery
- Fonction : Auteur
Nathalie Glinsky
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1370960
- IdHAL : nathalie-glinsky
- ORCID : 0000-0003-3608-0949
Susumu Iai
- Fonction : Auteur
Boris Jeremić
- Fonction : Auteur
Steve Kramer
- Fonction : Auteur
Stavroula Kontoe
- Fonction : Auteur
Jozef Kristek
- Fonction : Auteur
Giuseppe Lanzo
- Fonction : Auteur
Annamaria Di Lernia
- Fonction : Auteur
Fernando Lopez‐caballero
- Fonction : Auteur
- PersonId : 19295
- IdHAL : fernando-lopez-caballero
- ORCID : 0000-0002-1010-1230
- IdRef : 083769013
Marianne Marot
- Fonction : Auteur
Graeme Mcallister
- Fonction : Auteur
E. Diego Mercerat
- Fonction : Auteur
Peter Moczo
- Fonction : Auteur
Silvana Montoya-Noguera
- Fonction : Auteur
- PersonId : 960595
Michael Musgrove
- Fonction : Auteur
Alex Nieto-Ferro
- Fonction : Auteur
Alessandro Pagliaroli
- Fonction : Auteur
Federico Pisanò
- Fonction : Auteur
Aneta Richterova
- Fonction : Auteur
Suwal Sajana
- Fonction : Auteur
Maria Paola Santisi d'Avila
- Fonction : Auteur
Jian Shi
- Fonction : Auteur
Francesco Silvestri
- Fonction : Auteur
Mahdi Taiebat
- Fonction : Auteur
Giuseppe Tropeano
- Fonction : Auteur
Luca Verrucci
- Fonction : Auteur
Kohei Watanabe
- Fonction : Auteur
Résumé
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 strong‐motion 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 (log10 scale) for a peak ground acceleration of 5 m/s2 at 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.