Seismic Response Analysis of a Full-Scale Base-Isolated Structure via Measurements and Modeling

The full-scale base-isolated structure studied in this dissertation is the only base-isolated building in South Island of New Zealand. It sustained hundreds of earthquake ground motions from September 2010 and well into 2012. Several large earthquake responses were recorded in December 2011 by NEES@UCLA and by GeoNet recording station nearby Christchurch Women's Hospital. The primary focus of this dissertation is to advance the state-of-the art of the methods to evaluate performance of seismic-isolated structures and the effects of soil-structure interaction by developing new data processing methodologies to overcome current limitations and by implementing advanced numerical modeling in OpenSees for direct analysis of soil-structure interaction.

This dissertation presents a novel method for recovering force-displacement relations within the isolators of building structures with unknown nonlinearities from sparse seismic-response measurements of floor accelerations. The method requires only direct matrix calculations (factorizations and multiplications); no iterative trial-and-error methods are required. The method requires a mass matrix, or at least an estimate of the floor masses. A stiffness matrix may be used, but is not necessary. Essentially, the method operates on a matrix of incomplete measurements of floor accelerations. In the special case of complete floor measurements of systems with linear dynamics, real modes, and equal floor masses, the principal components of this matrix are the modal responses. In the more general case of partial measurements and nonlinear dynamics, the method extracts a number of linearly-dependent components from Hankel matrices of measured horizontal response accelerations, assembles these components row-wise and extracts principal components from the singular value decomposition of this large matrix of linearly-dependent components. These principal components are then interpolated between floors in a way that minimizes the curvature energy of the interpolation. This interpolation step can make use of a reduced-order stiffness matrix, a backward difference matrix or a central difference matrix. The measured and interpolated floor acceleration components at all floors are then assembled and multiplied by a mass matrix. The recovered in-service force-displacement relations are then incorporated into the OpenSees soil structure interaction model.

Numerical simulations of soil-structure interaction involving non-uniform soil behavior are conducted following the development of the complete soil-structure interaction model of Christchurch Women's Hospital in OpenSees. In these 2D OpenSees models, the superstructure is modeled as two-dimensional frames in short span and long span respectively. The lead rubber bearings are modeled as elastomeric bearing (Bouc Wen) elements. The soil underlying the concrete raft foundation is modeled with linear elastic plane strain quadrilateral element. The non-uniformity of the soil profile is incorporated by extraction and interpolation of shear wave velocity profile from the Canterbury Geotechnical Database. The validity of the complete two-dimensional soil-structure interaction OpenSees model for the hospital is checked by comparing the results of peak floor responses and force-displacement relations within the isolation system achieved from OpenSees simulations to the recorded measurements. General explanations and implications, supported by displacement drifts, floor acceleration and displacement responses, force-displacement relations are described to address the effects of soil-structure interaction.

Identifying the Structure and Fate of Wastewater Derived Organic Micropollutants by High-resolution Mass Spectrometry

Human activities represent a significant burden on the global water cycle, with large and increasing demands placed on limited water resources by manufacturing, energy production and domestic water use. In addition to changing the quantity of available water resources, human activities lead to changes in water quality by introducing a large and often poorly-characterized array of chemical pollutants, which may negatively impact biodiversity in aquatic ecosystems, leading to impairment of valuable ecosystem functions and services. Domestic and industrial wastewaters represent a significant source of pollution to the aquatic environment due to inadequate or incomplete removal of chemicals introduced into waters by human activities. Currently, incomplete chemical characterization of treated wastewaters limits comprehensive risk assessment of this ubiquitous impact to water. In particular, a significant fraction of the organic chemical composition of treated industrial and domestic wastewaters remains uncharacterized at the molecular level. Efforts aimed at reducing the impacts of water pollution on aquatic ecosystems critically require knowledge of the composition of wastewaters to develop interventions capable of protecting our precious natural water resources.

The goal of this dissertation was to develop a robust, extensible and high-throughput framework for the comprehensive characterization of organic micropollutants in wastewaters by high-resolution accurate-mass mass spectrometry. High-resolution mass spectrometry provides the most powerful analytical technique available for assessing the occurrence and fate of organic pollutants in the water cycle. However, significant limitations in data processing, analysis and interpretation have limited this technique in achieving comprehensive characterization of organic pollutants occurring in natural and built environments. My work aimed to address these challenges by development of automated workflows for the structural characterization of organic pollutants in wastewater and wastewater impacted environments by high-resolution mass spectrometry, and to apply these methods in combination with novel data handling routines to conduct detailed fate studies of wastewater-derived organic micropollutants in the aquatic environment.

In Chapter 2, chemoinformatic tools were implemented along with novel non-targeted mass spectrometric analytical methods to characterize, map, and explore an environmentally-relevant “chemical space” in municipal wastewater. This was accomplished by characterizing the molecular composition of known wastewater-derived organic pollutants and substances that are prioritized as potential wastewater contaminants, using these databases to evaluate the pollutant-likeness of structures postulated for unknown organic compounds that I detected in wastewater extracts using high-resolution mass spectrometry approaches. Results showed that application of multiple computational mass spectrometric tools to structural elucidation of unknown organic pollutants arising in wastewaters improved the efficiency and veracity of screening approaches based on high-resolution mass spectrometry. Furthermore, structural similarity searching was essential for prioritizing substances sharing structural features with known organic pollutants or industrial and consumer chemicals that could enter the environment through use or disposal.

I then applied this comprehensive methodological and computational non-targeted analysis workflow to micropollutant fate analysis in domestic wastewaters (Chapter 3), surface waters impacted by water reuse activities (Chapter 4) and effluents of wastewater treatment facilities receiving wastewater from oil and gas extraction activities (Chapter 5). In Chapter 3, I showed that application of chemometric tools aided in the prioritization of non-targeted compounds arising at various stages of conventional wastewater treatment by partitioning high dimensional data into rational chemical categories based on knowledge of organic chemical fate processes, resulting in the classification of organic micropollutants based on their occurrence and/or removal during treatment. Similarly, in Chapter 4, high-resolution sampling and broad-spectrum targeted and non-targeted chemical analysis were applied to assess the occurrence and fate of organic micropollutants in a water reuse application, wherein reclaimed wastewater was applied for irrigation of turf grass. Results showed that organic micropollutant composition of surface waters receiving runoff from wastewater irrigated areas appeared to be minimally impacted by wastewater-derived organic micropollutants. Finally, Chapter 5 presents results of the comprehensive organic chemical composition of oil and gas wastewaters treated for surface water discharge. Concurrent analysis of effluent samples by complementary, broad-spectrum analytical techniques, revealed that low-levels of hydrophobic organic contaminants, but elevated concentrations of polymeric surfactants, which may effect the fate and analysis of contaminants of concern in oil and gas wastewaters.

Taken together, my work represents significant progress in the characterization of polar organic chemical pollutants associated with wastewater-impacted environments by high-resolution mass spectrometry. Application of these comprehensive methods to examine micropollutant fate processes in wastewater treatment systems, water reuse environments, and water applications in oil/gas exploration yielded new insights into the factors that influence transport, transformation, and persistence of organic micropollutants in these systems across an unprecedented breadth of chemical space.

Critique féministe matérialiste du droit civil québécois : le travail « domestique » et les violences sexuées, les « impensés » du droit du logement.

Cette recherche constitue un essai de théorie critique féministe matérialiste et radicale. Elle poursuit principalement un objectif de dénonciation de la structure actuelle du droit du logement. À partir d’un cadre conceptuel fondé sur le féminisme matérialiste et radical, elle souhaite faire ressortir le point de vue de la classe des femmes dans l’habitation. Le droit du logement est ici utilisé dans un sens large, puisqu’il se réfère à la fois au logement comme phénomène juridique, mais aussi sociologique. À l’intérieur de la discipline juridique, il renvoie à l’ensemble des législations actuellement en vigueur au Québec en ce qui concerne la vie à domicile. Notre étude se concentre sur deux modes d’occupation des lieux, à travers le droit de propriété et le système locatif. Le droit au logement fait l’objet d’une reconnaissance internationale dans les textes portant sur les droits humains. Il est reconnu comme le « droit à un logement suffisant ». Au Canada et au Québec, il ne fait pas l’objet d’une reconnaissance explicite, malgré les engagements pris sur la scène internationale. Un portrait statistique, appuyé sur le critère du sexe, permet de mettre en évidence qu’il existe des écarts entre les hommes et les femmes en ce qui concerne la mise en application du droit du logement. Les femmes accèdent plus difficilement à un logement; elles y effectuent la majorité du travail domestique, de service et de « care » et elles sont les principales victimes des violences commises à domicile. Dans le système d’habitation, l’expérience des femmes se comprend comme une appropriation à la fois privée et collective par la classe des hommes, telle que réfléchie par Colette Guillaumin, qui se concentre autour de la division sexuelle du travail et des violences sexuées. Le droit du logement, dans sa forme actuelle, repose sur l’appropriation de la force de travail des femmes et de leur corps. Ces deux critères permettent de construire une grille d’analyse féministe matérialiste et radicale pour analyser la structure du droit du logement, tel que conçu en droit civil. Cette analyse féministe permet également de situer le droit étatique comme une pratique patriarcale. Cette dernière contribue à assurer le maintien du système d’habitation, qui est assimilable à un système hégémonique, au sens développé par Gramsci. Cette étude réfléchit sur le droit du logement dans le climat politique néolibéral. Le néolibéralisme est développé comme une idéologie qui impose une rationalité marchande à l’ensemble des politiques étatiques. À partir d’une méthode décrite comme métathéorique externe radicalement réflexive, puisqu’elle propose l’importation d’outils conceptuels étrangers à la discipline du droit moderne, nous réfléchissons de manière radicale la construction du droit civil et des institutions qui encadrent le droit du logement. La collecte des données s’effectue à partir de la recherche documentaire. Quatre institutions du droit civil seront examinées dans le détail, soit le sujet du droit, la dichotomie privé/public, la médiation du droit du logement par les biens immeubles, à travers le rapport contractuel et le droit de propriété, et finalement les notaires. L’analyse féministe du sujet du droit insiste sur un paradoxe. D’une part, l’universalité présumée de ce sujet, laquelle permet de poser l’égalité et la liberté pour toutes les personnes juridiques. Or, plutôt que d’être neutre sexuellement comme le prétend le droit positif, nous démontrons comment ce sujet est constamment un membre de la classe des hommes. D’autre part, nous analysons comment le droit reconnaît le sexe de ses sujets, mais surtout comment cette sexualité est construite sur l’idéologie naturaliste. Ce modèle de sujet masculin est fondamental dans la construction du droit du logement. L’étude féministe de la dichotomie privé/public en fait ressortir le caractère situé. En effet, si par essence aucun domaine ou enjeu n’est en soit privé ou public, le processus de qualification, lui, est un acte de pouvoir. Nous verrons comment le droit civil crée des zones de droit privé, comprises comme des zones de non-droit pour les femmes. La qualification de privé dévalue également le travail accompli par cette classe de sexe. Le droit du logement est pourtant centré sur le rapport contractuel et sur le droit de propriété. Il importe alors d’examiner la nature du consentement donné par les femmes comme groupe social dans les contrats de vente et de location. Ces contrats ne prennent pas en compte l’expérience des femmes dans leur formation. Les catégories qui y sont attachées, telles que vendeur.e ou locataire, représentent le point de vue de la classe des hommes. Bien que la popularité de la copropriété auprès de la classe des femmes semble porteuse d’un vent de changement, nous analysons comment le discours dominant qui l’entoure instrumentalise certaines revendications féministes, tout en laissant dans l’ombre la question du travail domestique et des violences sexuées. Finalement, nous nous intéressons aux notaires en les repensant comme des intellectuel.les organiques, tels que conçu.es par Gramsci, pour la classe des hommes. Cette fonction d’intellectuel.les permet de mettre en lumière comment chaque transaction immobilière favorise la reproduction des intérêts patriarcaux, remettant ainsi en question la nature des devoirs de conseil et d’impartialité du notariat. À la lumière de cette analyse, le Code civil du Québec est qualifié dans une perspective féministe matérialiste et radicale pour devenir un système qui institutionnalise l’appropriation des femmes par l’entremise du droit du logement. Ce travail de recherche permet d’envisager certaines pistes de réflexion pour des rénovations potentielles des pratiques juridiques entourant le droit du logement, notamment la pratique notariale, tournées vers des objectifs féministes de justice sociale.