影响评估由皮Flegrei地区缓震现象引起的

1介绍

皮Flegrei大,并具有潜在爆炸性火山区域(詹金斯et al ., 2015;Marzocchi et al ., 2015;Aucelli et al ., 2017;Vitale et al ., 2019;Cannatelli et al ., 2020)由一个破火山口塌陷构造(《et al ., 1996;迪维托et al ., 1999;Deino et al ., 2004与混凝土高爆发的可能性),(Horwell et al ., 2015)。它的特点是一个火山现象称为“缓震”(来自希腊bradus,这意味着缓慢,sism,这意味着运动),这是一个短期的地面变形(《et al ., 1999)确定地面隆起和下沉缓慢据钟形几何学。派生的变形是由垂直和水平位移。地震表现主要是地震成群,总是变形后产生的隆起(Tramelli et al ., 2006;Giudicepietro et al ., 2021;利马et al ., 2021)。皮Flegrei地区近年来遭受了两次bradyseismic危机,第一个在1969年至1972年之间,第二个1982年至1984年,关键的地震活动和异常地通货膨胀,达到总上升3.56米(177厘米在第一次危机,179在第二次)(德尔·高迪奥et al ., 2010)。

bradyseismic现象的知识皮Flegrei地区及其影响在构建证券(非常密集的)人口安全是很重要的。广泛的文献的分析研究土壤运动建设行为的影响,尤其是对砌体结构,从运动(Iannuzzo et al ., 2018;Iannuzzo et al ., 2021;Liguori说道et al ., 2022;玛雅韦利诺et al ., 2022;Perelli et al ., 2023 a)和静态(Cusano et al ., 2021;Montanino et al ., 2022)的角度来看。

PLINIVS研究中心为意大利民事保护开发的是一个过程,涉及土壤运动建筑行为的监测评估普通Phlegraean建筑进步的水平损害由于近乎实时的缓震。可用的工具已经在web应用程序中自动民事保护部门,它返回,为每一个正方形区域的250 m(最小单元的分析),建筑的数量分配的损伤水平(从D0,没有伤害,D5,总崩溃),根据土壤边坡和隆起的输入。在文献中可以找到一些类似的web应用程序对地震事件(Işık et al ., 2018;Işık et al ., 2021;Columbro et al ., 2022;南达et al ., 2022;Zhang et al ., 2022)。

程序提供了场景分析风险的基础上,曝光和脆弱性。提供了风险的斜率和提升web应用程序通过一个周期自动转移,在两个不同的监测获得的信息:CNR-IREA干涉数据和INGV-OV大地网络数据。暴露评估通过分布的领土typological-structural特征的建筑。据估计,统计程序基于信息通过详细的数据收集活动领域,包括大约2000波佐利镇的建筑,和建筑全国人口普查提供的数据建立数据库(多,2001)。建筑物的脆弱性实证的基础上开发的分析损伤Puteolan建筑物1982 - 1984年bradyseismic危机后,记录在特殊的调查形式称为波佐利,波佐利的直辖市,提供的集成Perelli et al。(2019)不调查建筑。脆弱性曲线一直在评估取决于土壤边坡和隆起三个bradyseismic脆弱类(A、B和C减少脆弱性),建筑的分组根据他们typological-structural特征。基于保存方法(Zuccaro Cacace, 2015),一个经验模型建造使用收集的数据波佐利形式能够分配bradyseismic脆弱类建筑物根据其类型特征(bradyseismic保存)。根据BINC过程(Cacace et al ., 2018)之间的统计相关性测定bradyseismic脆弱类和建筑。可能构建脆弱性的分布分析领土在2011年决定使用ISTAT数据库(多,2001),它提供了建筑施工时的数量在人口普查区域。

2 1982 - 1984年的事件:建筑损坏数据集

2.1建筑安全检查:波佐利形式

bradyseismic危机在1982 - 1984年期间,国务卿部长协调民防宣传和协调人口普查的建设旨在深化知识的静态条件的建筑波佐利和评估结构安全检查。为了这个目的,一个特别的形式,称为波佐利形式,开发(图1,2)由技术科学委员会(TSC)的基础上,形成1980年伊尔皮尼亚地震测试。

的形式定义了状态建设和收集有用的数据结构安全的判断。表单的数据分成两页(图1,2),他们分为十个部分:日期、建筑位置、度量数据,预期用途,结构特点,以前的干预措施,损害,脆弱,结构适用性,和评论。

第1页的波佐利形式(图1)由六个部分组成。第一节包含日期的信息调查活动,团队标识符,和订单号下的结构单元考试(孤立或结构聚合)。第二部分收集数据的位置(地址)和上下文(老城,城市地区和农村地区)。第三节收集度量数据的建筑,如表面、高度、体积,地板高出地面,地下楼层,阁楼,可能存在方面常见的其他建筑。第四节与建筑物的用途(住宅或生产)和可能吞并结构。第五节收集建筑的结构特点,包括年龄和施工技术垂直和水平结构和屋顶。第六节包含的信息可能以前结构性干预。

第二页的波佐利形式(图2)由四个部分组成。第七节包含一个评估损害的垂直结构、地板、屋顶、外部加密面板、分区,楼梯,根据8水平的判断:没有损伤,无关紧要的,轻微的,显著的,严重的,非常严重,部分倒塌,倒塌了。8节给出漏洞信息因素,除以砌体和钢筋混凝土类型学和脆弱性的评估指数。9节通过适用性提出了建筑物的结构安全检查专家的判断。为观察10节包含一个注意空间。

总共有3695栋建筑检查使用波佐利形式(图3),包括2726砖石建筑和969钢筋混凝土建筑。总量是361,全球互联(骨料)结构单元1144。

2.2之间的相关性分析建筑特点和损伤

基于保存方法(Zuccaro Cacace, 2015)地震领域的开发,收集的数据后,分析了1982 - 1984年的事件调整统计程序,能理解建筑的行为的缓震现象。特别是,建立数据之间的相关性特性和破坏已经确定。

对于每一个建筑,有四个typological-structural特点推导出使用波佐利形式:垂直类型学(砌石、凝灰岩、砖砌体、混凝土、和混合结构);水平类型学(拱顶、木地板、钢地板,和钢筋混凝土);地板的数量(1 - 12,但分组1 - 2、3 - 4、5 - 6,和7 +);和建设的年龄(在1900年之前,1901 - 1943,1944 - 1962,1963 - 1971年和1971年之后)。屋顶的类型并不认为,因为可用的信息并不总是清晰的样本。

收集到的损害波佐利形式表达在8的水平。在这项工作中,损害信息定义根据欧洲强震的规模- 98 (Grunthal 1998)规模,结构上六年级代表的整体损伤结构:D5,全面崩溃;D4,部分崩溃;D3,严重的结构性损伤;D2,光结构损伤;D1,光损伤类型;和D0,没有伤害。两者之间的相关性损伤尺度是基于损伤垂直结构上所注明的,水平结构和内部加密板波佐利的形式,因为这些是最充满了数据库中的数据。信件已经设置如下:D5:垂直和水平结构的损伤被标记为“倒塌”;D4:至少有一个损坏的垂直结构或规模的横向结构被标记为“部分倒塌”或“非常严重”以外,另一个是标记为“倒塌”;D3:至少有一个损坏的规模垂直结构和水平结构被标记为“严重”或“引人注目”以外,另一个是“倒塌”或“部分倒塌”; D2: at least one between the damage of the vertical structure and that of the horizontal structure is marked as “slight,” and the other is other than “collapsed,” “partially collapsed,” “very severe,” “severe,” or “notable”; D1: at least one between the damage of the vertical structure and the damage of the horizontal structures is marked as “irrelevant” or both the damage of the vertical structure and the damage of the horizontal structures are crossed out as “no damage” and the damage of the interior infill panels is other than “no damage”; and D0: damage of vertical and horizontal structures and interior infill panels is marked as “no damage.”

根据保存方法,typological-structural特征之间的相关性的基础上构建和发生损伤,可以评估参数,允许识别建筑具有类似的行为(类似损伤)关于bradyseismic现象和组成特定的类(称为“脆弱类”)。因此,有必要计算质心横坐标的损失水平我,称为合成参数的伤害( $\mathrm{年代}\mathrm{P}{\mathrm{D}}_{Pj}$ 相对于每个类别)j(在下面描述)每个类型的特性P(垂直结构、水平结构、层数和年龄),通过关系(Eq。1)。表1总结了结果。

特别是,

在哪里 $\mathrm{年代}\mathrm{P}{\mathrm{D}}_{Pj}$ 是合成参数的损伤相对类别j的特征P,包括在范围(0 5); $我$ 损伤的程度(0,1,2,3,4,5); $P$ 是建筑功能(V垂直结构;H、水平结构;F、层数;和一个、年龄); $j$ 每个特性的类别吗P(例如,在垂直结构的情况下,j砌石、凝灰岩、砖砌体、混凝土,混合结构); ${\mathrm{N}}_{P_{j我}}$ 功能是建筑的数量P的类别j和程度的损伤我;和 ${\mathrm{N}}_{P_j}$ 功能是建筑的数量P的类别j。

通过假设“垂直结构”V作为参考参数,相对其他特性的影响P(水平结构、层数、建筑)是计算如下:

在哪里 ${∆}_{V_j{P}_k}$ 类别的相对影响参数吗k的特征P在类别j垂直结构的特性V; $\mathrm{年代}\mathrm{P}{\mathrm{D}}_{V_j}$ 是损坏的合成参数相对于类别j垂直结构的特性V;和 $\mathrm{年代}\mathrm{P}{\mathrm{D}}_{P_k}$ 是损坏的合成参数相对于类别k的特征P(水平结构、层数、建筑)评估小样本类别的建筑j的特征V。

表2,3,4总结分数计算与参数的参考水平结构、层数和年龄,分别。对于每一个建筑,可以评估合成损伤参数,认为垂直结构损伤和的贡献的相对影响其他功能如下:

在哪里 $\mathrm{年代}PD$ 是损坏的合成参数,包括在范围(0 5); $c_{P_k{问}_l}$ non-correlation系数之间的类别吗k和l的特性P和问分别评估关系(Eq。4);和米参数的数量相关建筑(≤3):

在哪里 $N_{P_k{问}_l}$ 建筑类别的数量吗k为特征P和类别l为特征问和 $N_{P_k}$ 建筑类别的数量吗k为特征P。波佐利non-correlation系数计算的形式总结了样本的建筑表5。

建筑可分为根据三个漏洞类(A、B和C)基于以下社民党范围,计算假设垂直结构SPD (表1)作为参考:社民党≥2.47 a, 1.87≤社民党< 2.47 B类,社民党< 1.87 C类。

2.3实证脆弱性曲线

脆弱性曲线代表一个固定的概率水平的伤害可以达到或超过。脆弱性曲线可以通过分析估计,经验,或混合方法(Calvi et al ., 2006)。第一个研究构建脆弱性通过力学分析,可以描述建筑物的损伤演化与分配的类型和结构特点,增加风险输入值。第二个定义建筑行为利用检测数据结构受地震以来统计相关性和回归方法来评估之间的关系类型的建筑特点,危害输入,和水平的伤害。第三个结合了机械和观察分析过去的事件产生的损害。最近的一些工作(Harrichian 2021;南达et al ., 2022)也利用视觉快速筛选通过软计算技术脆弱性定义类的建筑。

在这工作,经验脆弱性曲线的普通建筑提出了基于损伤发生在1982 - 1984年的危机。动作发生在1982 - 1984年危机来分析研究了漏洞类之间的关联(即。structural-typological特性的建筑),达到破坏,缓震风险。被提供的数据例如大地网络记录相关的垂直的地面运动据点分布在整个皮Flegrei领土(德尔·高迪奥et al ., 2010)。缓震现象,由一个周期降低或提高地面水平。这种现象造成的危害,因此,被识别的平均高度的变化,关注一个区域(提升)或解除差异之间创建建筑物的结构元素(坡)。为了评估一个损坏的建筑物之间的相关性和隆起造成的缓震,最大垂直运动(m)到1984年6月发生的推断从大地提供数据。连续分布现象的评价通过b样条插值函数(图4)。这使隆起和斜率的评价相对于每个建筑计划的重心调查使用波佐利形式。

脆弱性之间的关联类、伤害和风险参数(隆起和斜率)提供例如已经确定。结果与总建筑所示表6。他们显示了低估D0的损失水平。经验证明,脆弱性模型建立在一个观测基础常常受到低估的伤害水平低造成的故障调查的建筑,虽然研究现象的影响(Perelli et al ., 2019)。一个确认的缺乏这样的数据所示图5的据点,描绘了例如,隆起的1982 - 1984年相关数据bradyseismic事件记录、调查和建筑使用波佐利形式。特别是据点由两个同心圆的红色随着吸力的增加,强度增加而受损的建筑物是由正方形的橙色作为他们的破坏强度的增加而增加。因此,很明显,这项调查活动主要集中在最受损的建筑物,也分布在达到最大位移的据点。

脆弱性模型的准确定义,需要定义一个标准的恢复丢失的数据创建一个工具能够描述完整的建筑类型的损伤演化为每个被认为是危险的阶段。这需要整合的建筑1982 - 1984的股票,分布式脆弱性类和危险等级的1982 - 1984年的事件。因此,2.2节中描述的过程,基于人口普查数据在1980年之前建造的建筑物,已被采用。

总结建筑组合为脆弱类的数量和风险价值,建筑的总数与每一个相关值了(表7)。的数量已经确定(D0价值的建筑表8)减去受损建筑物的数量从建筑物的总数量为每个漏洞类和每个风险值。双对数均值和对数标准差参数最适合代表点的累积伤害率的趋势为每个类和每个风险参数评估使用最小二乘方法(图6斜率和图7提升)。

3影响模型

3.1场景分析

基于场景的过程分析了评价近实时诱导对建筑物的损害振奋或斜坡bradyseismic现象造成的Phlegraean地区基于以前的研究地震影响分析(Zuccaro et al ., 2021 a;Zuccaro et al ., 2021 b;Perelli et al ., 2023 b)。场景来实现分配的损伤水平“l”的影响下分配隆起(或斜坡)决定如下:

在哪里 $H_{我}$ 的强度值bradyseismic危害(隆起或斜坡)注册的网络皮Flegrei区域; $V_{l,我,米}$ 的概率是脆弱,这是实现分配的水平“l”的损害一个特定类别“m”元素(脆弱类);和 ${问}_{米}$ 特征的接触暴露的百分比的元素类别“m”。

实现的过程,在一个特定的web应用程序,连接三个中心能力的民防(PLINIVS、INGV-OV CNR-IREA)关联的记录运动诱导bradyseismic现象的大地和干涉网络曝光和脆弱性评价诱导损伤模型。的最小单位的分析模型是一个广场的250细胞。单个模型的参数将在以下小节中描述。

3.2风险

分析的风险模型提供了每个最小单位(250×250)的参数对bradyseismic行为定义的建筑:斜坡,以度,和提升,以米。

风险数据采集的形式同意CNR IREA Campi INGV-OV提供定期上传Flegrei地面变形数据的PLINIVS服务器框架的协议涉及的分析(监视和数据处理)整个Campi Flegrei区域。账户已经通过SFTP服务器上配置接受上传的数据调查,预期的节奏(每月/每周),和凭证访问共享的机构的经理。

提供的条款和地面变形数据的可靠性CNR-IREA和INGV-OV显著不同:CNR-IREA雷达干涉测量记录的数据在一个30×30米网格点的覆盖整个Campi Flegrei区域;INGV-OV提供东、北和竖直分量的全球导航卫星系统(GNSS)位移在21日全球定位系统(GPS)站(Martino et al ., 2021)。因此,风险模型被建立在CNR-IREA数据,和INGV-OV数据被用来验证也罢了。结果CNR-IREA卫星合成孔径雷达(SAR)的调查是在一个文件中提供的信息组织在一个ASCII文本表。每个表行提供以下参数:点标识符,纬度,经度,应变速率和隆起。航天飞机雷达地形测绘任务的结果代表(SRTM),相等于数字高程模型(DEM)网格。因此,地理定位精度对应于±30 m,和提供的经度和纬度相对的中心像素的DEM网格。

为每一个像素,位移时间序列的第一个值是0.0000,因为第一个收购被认为是参考。数据记录在30×30米网格根据IDW逆距离加权插值(IDW)方法与最近邻搜索(Maleika 2020)覆盖尽可能多的分析区域,包括地区没有SAR数据(例如,水域和植被地区)。获得的值是根据分析250×250米分析网格将相关的统计值来计算每个元素。细胞的隆起被计算为隆起的平均值与CNR-IREA分属于细胞有关。斜率的细胞被定义为平均分配之间的斜坡CNR-IREA分属于细胞,估计基于状隆起。图8,9分别显示的地图状隆起和斜坡,参照检测日期为2022年12月15日,在描述研究区域风险值最小上升0.00米,中等上升0.42米,最大上升1.75米,最小坡度0.00%,中等坡度0.012%,最大坡度0.030%。

3.3风险和脆弱性模型

脆弱性和风险敞口代表严格连接因素。暴露的元素,每个类别的脆弱性评估由于给定的自然事件必须结合”的定性和定量分析暴露元素”(暴露)来识别time-spatial暴露元素的分布类型的类,定义为“脆弱类。“每个代表一组元素,具有相同的特点,提出了一个类似的行为(脆弱性)对于一个给定的现象。

在这个过程中,采用了脆弱性模型是由2.3节中所开发的经验脆弱性曲线。为了把这些曲线与曝光,typological-structural的地区分布特点的建筑已经表达了“脆弱类”的分布,评估根据2.2节中所开发的程序为每个250×250的细胞。

使用波佐利形式,根据收集到的数据之间的关联的建筑时代(约2000)调查了建筑和漏洞已经定义的类。的ISTAT 2011 (多,2001)数据库提供为人口普查区域,建筑建设的时代的数量为以下类:在1919年之前,1919 - 1945,1946 - 1961,1962 - 1971,1972 - 1981,1982 - 1991,1991 - 1996,1997 - 2001,2001 - 2011。鉴于建筑的比例与每个漏洞关联类(表9)(Cacace et al ., 2018(Eq),使用关系。6),可以确定建筑物的数量与每个漏洞关联类在人口普查区域(表9):

在哪里 $E_j^k$ 人口普查区域建筑的数量j与脆弱类k; $E_{我j}$ 人口普查区域建筑的数量j与建筑的时代我;和 $p_{我}^k$ 建筑类的比例是k与年龄相关的建设我计算过程中提供相同的Cacace et al ., 2018),但指的是bradyseismic数据(表9)。

建筑的数量为每个细胞c属于脆弱类k计算如下:

在哪里E_ij^k的建筑区我人口普查的区域j属于脆弱类k,是

c是细胞,j人口普查区域,我区,即细胞的交集与人口普查区域(图10),k脆弱类(k= A, B, C),n区在细胞的数量c,E_j^人口普查建筑在人口普查区域的数量j,E_j^k建筑在人口普查区域的数量j属于脆弱类k,E_j^R建筑普查调查区域的数量j,E_ij^{k, R}调查的数量的建筑区我人口普查的区域j属于脆弱类k,E_ij^{k, R}调查的数量不是建筑区我人口普查的区域j属于脆弱类k。

的数量为每个细胞属于脆弱类建筑,B和C,分别和他们的百分比报告图11,12,13。在6658年建筑放置在调查区域,该模型提供了17%属于脆弱性类,37%的B类,和46%的C类。

3.4输出

最后,建筑物的细胞的数量我达到损伤水平k造成的风险水平j(与细胞)=

在哪里 $E_{l,我}$ 建筑类吗l在细胞我和 $P_{l,j}^{Dk}$ 的概率是有一定程度的损害k脆弱类l在风险的影响j计算的脆弱性曲线(图6,7)。

图14,15显示,对于每一个细胞,建筑物受给定的百分比的损坏程度取决于风险值(分别隆起和斜率)CNR-IREA提供的2022年12月15日。影响模型评估光破坏承重结构(D2-D5)和损害非结构元素(D1)。

4讨论、结论和未来的发展

Campi Flegrei活跃火山是一个非常密集的城市化地区由此风险非常高的火山。几个缓震的发生事件的特点是地面隆起和下沉根据波佐利镇为中心的钟形几何破坏建筑物和引起的,因此,常住人口。过去bradyseismic事件,发生在1982 - 1984年国务卿协调民防部长任命TSC的缓震皮Flegrei区域中进行各种活动,建立了波佐利定义状态的结构和形式,特别是建筑未来的反应的能力。造成的损害1982 - 1984 bradyseismic事件被记录在一个样本的3700栋建筑。

近年来,在皮Flegrei火山口,一个新阶段开始随着时间的推移增加提升利率。这一现象引起了民事保护部门的注意(DPC),负责紧急协调和救援活动。因此,根据VIRA协议(VIRA 2019 - 2022,“脆弱性的评估,影响和风险引起的坎帕尼亚火山在城市环境”)签订DPC和PLINIVS研究中心,其中一个DPC能力中心,接近实时的影响研究bradyseismic现象的建筑环境。PLINIVS研究中心根据本协议,产生一个web应用程序的民事保护部门基于卫星数据提供的月度CNR-IREA关于地面隆起,给影响,损害而言,建筑面积除以一个网格的250×250 m细胞。风险和脆弱性模型采用web应用程序是在实证的基础上获得的调查数据波佐利形式,和成果提供每个单元的建筑只有六级损伤分布。模型用于每个风险因素(危险、曝光和脆弱性),和相对于当前危险状态的影响评估。影响两个实现风险参数中获取的值产生类似的结果,尽管损伤相关斜率是略高。

模型的基础上开发一个web应用程序来评估普通建筑物的损害几乎实时由于缓震构成一个创新推进领域的研究,但它提出了一些关键问题。首先,采用的风险参数(隆起或斜坡重心的建筑计划)可能不足以捕获现象的一些基本方面,如微分定居点之间不同的基础元素相同的建筑,以及发生的现象本身的速度。另一个方面,不应该被低估的发展经验曲线的基础上,推导出缓震造成的损害的观察,发生在1982 - 1984。这样的曲线可以强烈影响特定事件的特点,以给定的速度(每日隆起而言),所以这些结果扩展到当前缓震(慢)可能过于保守,提出分析显示,估计更大的破坏要比实际记录的民防波佐利的直辖市。最后,特别要注意损伤水平较低(< D3),它需要更多的分析关注可能通过波佐利形式,不捕捉任何干扰,难以打开门和损失等项目的垂直度。

一些模型的改进被视为未来的活动。参照风险参数,活动计划在一些哨兵建筑安装变形传感器可以提供准时地面变形值比卫星数据更准确。进一步的分析程序来评估这种现象影响损伤演化的速度。接触而言,数据收集活动计划能提供更准确的信息分析区域脆弱性分布。最后,提出验证实证脆弱性模型与曲线相比使用分析模型(Perelli et al ., 2023 a)。

数据可用性声明

原始的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。

作者的贡献

外交政策:writing-review和编辑、软件、正式的分析,调查,和数据管理;LD:原创作品草稿,writing-review和编辑;弟弟:原创作品草稿,writing-review和编辑,概念化,调查,验证,和资金收购;通用汽车:审查和编辑;帕金森病:审查和编辑;广州:审查和编辑、调查、验证和监督。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

本研究开发的框架VIRA 2019 - 2022研究项目“脆弱性评估、影响和风险引起的坎帕尼亚火山在城市环境,“由意大利民事保护部门。描述的过程是基于先进的电信和信息技术平台的活动环境提供的服务行业(PETIT-OSA)研究项目(在其2000 - 2006年)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

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