Simulation of liquefaction-induced damage of the Port of Long Beach California Using the UBC3D-PLM model

Abstract

This research is presented to develop the following specific objectives: i) to calibrate constitutive model parameters after a compilation of published subsurface investigation reports of the POLB and to determine the suitability of these parameters to reproduce laboratory tests following different stress paths and shear strain levels; ii) to assess the use of advanced constitutive models like the UBC3D-PLM to predict the behavior of the POLB when a seismic event induces liquefaction; iii) to provide recommendations related to the resulting permanent deformations and residual strength of soils which could compromise the resiliency of the port. To achieve these goals, was used a numerical analyses using the UBC3D-PLM soil model to determine the onset of liquefaction and estimate ground-induced settlements based on post-liquefaction excess pore water pressure dissipation. This work presents the results of boundary value element simulations of cyclic direct simple shear, monotonic triaxial compression, numerical simulations of the free-field response and of different story structures in the site when an Operating and Contingency Levels Earthquake occur. In general, it has been observed that the model has certain limitations but is capable to predict the onset of liquefaction and the liquefaction-induced settlements after the dissipation of the excess pore water pressure.

Resumen: En las últimas décadas, los proyectos de expansión de las instalaciones portuarias en California, USA, han sido completados mediante la utilización de rellenos hidráulicos. Estos rellenos artificiales sueltos e incluso los depósitos estuarinos y marinos naturales que le subyacen, han demostrado ser susceptibles a licuación. El caso de estudio presentado en esta investigación, el POLB, Pier S, que se encuentra a pocas millas de las fallas Newport-Inglewood y Palos Verdes, ofrece una oportunidad única de usar modelos constitutivos avanzados para evaluar licuación. Esta investigación es presentada para desarrollar los siguientes objetivos específicos: i) calibrar los parámetros del modelo constitutivo luego de una recopilación de las investigaciones del subsuelo publicadas del POLB y determinar la idoneidad de estos parámetros para reproducir ensayos de laboratorio siguiendo diferentes trayectorias de esfuerzos y niveles de deformaciones por cortante; ii) evaluar el uso de modelos constitutivos avanzados como el UBC3D-PLM para predecir el comportamiento del POLB cuando un evento sísmicos induzca licuación.; iii) dar recomendaciones relacionadas con las deformaciones permanentes y resistencias residuales de los suelos que puedan comprometer la capacidad de recuperación del puerto. Para lograr estos objetivos, se utilizó un análisis numérico usando el modelo constitutivo UBC3D-PLM para determinar el inicio de licuación y estimar los asentamientos inducidos basado en la disipación del exceso de presión de poros después de la licuación. Este trabajo presenta los resultados de las simulaciones de cortes directo simple, triaxial a compresión, simulaciones numéricas para la respuesta de un campo libre y de estructuras con diferentes pisos en el sitio cuando un nivel operacional y de contingencia ocurre. En general, se ha observado que el modelo tiene ciertas limitaciones pero es capaz de predecir el inicio de la licuación y de los asentamientos inducidos por licuación luego de la disipación del exceso de presión de poros.