نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد دهم، شمارۀ 2 تابستان 5931 7733

مقايسۀ روشهاي مختلف تحليل پاسخ لرزهاي
زمين هاي نرم مستعد روان گرايي در برابر زلزلههاي
ميدان دور و نزديک

محمد آدم‌پيرا ؛‌دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات، گروه عمران، تهران، ايران،‌
حميد عليالهي*،‌مهدي‌پنجي،‌حميد کوهساري؛‌دانشگاه آزاد اسلامي واحد زنجان، دانشکده فني و مهندسي، گروه ارشد خاک و پي‌
تاریخ: دریافت 22/2/32 پذیرش 22/9/39چکيده
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

با توجه به اهمیت روزافزون زمینشناسی محلی و شرایط زمینریخت شناسی بر پاسخ لرزهاي زمین، در این مقاله به بررسی جزئیات مربوط به اثر وجود لایههاي روان گرا بر پاسخ لرزهاي سطح زمین می پردازیم. به منظور بررسی تفاوت روشهاي مختلف تحلیل پاسخ زمین ،ابتدا تحلیل بر مبناي روش معادلخطی مبتنی بر مدل تنش کل در حوزۀ فرکانس و سپس بر اساس روش غیرخطی با مدلهاي تنش کل، تنش مؤثر و اعمال افزایش اضافه فشار آب حفره اي در حوزۀ زمان انجام شده است. در این راستا از ویرایش پنجم نرمافزار DEEPSOIL بر مبناي جدیدترین دستاوردها و تکنیکهاي مختلف در هردو حوزۀ حل، استفاده شده است. محل بررسی شده براي انجام این تحقیق، پروژۀ بندر LNG عسلویه واقع در جنوب ایران است. با توجه به پژوهش هاي رایج لرزهخیزي انجام شده و عدم ثبت دادههاي واقعی زلزله میدان نزدیک در محل پروژه به ویژه براي گسل محتمل آن، از روش شبیهسازي مصنوعی زلزله براي گسل مولد استفاده شدهاست. همینطور بر اساس بررسی هاي عرف لرزهخیزي در محل ،سه زلزله میدان دور نیز براي انجام تحلیلهاي پاسخ زمین انتخاب شدهاند. سپس به منظور درک
17582132637

[email protected] نویسنده مسئول *

بهتر از پاسخهاي به دست آمده، طیف پاسخهاي حاصل با طیف طرح شتاب ارائه شده در برخی از آییننامههاي معتبر مقایسه شدهاند. نتایج حاصل نشان میدهد که در نظر گرفتن اثر پالس در مؤلفۀ افقی شتاب در جهت عمود بر راستاي گسل براي زلزلههاي میدان نزدیک ،پاسخ سطح زمین و محتواي فرکانسی آن را تحت تأثیر قرار میدهد. به طوري که پاسخهاي به دست آمده در سطح زمین در حوزۀ زمان با توجه به در نظر گرفتن ماهیت رفتار غیرخطی خاک و اعمال افزایش اضافه فشار آب حفرهاي با مقایسۀ پاسخها در حوزۀ فرکانس مبتنی بر روش معادلخطی، تفاوتهاي زیادي دارند.
واژه هاي کليدي: زلزله میدان نزدیک، زلزله میدان دور، پاسخ لرزهاي ساختگاه، روش معادلخطی، روش غیرخطی ،فشار آب حفرهاي، روان گرایی.
مقدمه
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

در حال حاضر، اهمیت زمینشناسی محلی و شرایط زمینریخت شناسی بر پاسخ لرزهاي زمین واقعیتی پذیرفته شده است. در واقع، در اکثر ساختگاههاي موجود اختلاف غالب بین خواص مکانیکی و فیزیکی رسوبات آبرفتی و سنگ بستر واقع در زیر آن ها، پدیدهاي به نام “اثرات ساختگاهی” را به وجود میآورد که به موجب آن تقویت و یا تضعیف امواج لرزهاي و هم چنین تغییر محتواي فرکانسی نسبت به حرکت مرجع سنگی در سطح زمین پدیدار میشود.
بررسیهاي انجام شده به وسیلۀ محققان مختلف نشان داده است که در هر رویداد لرزهاي، اثرات ساختگاهی تأثیر مستقیم بر پاسخ سازهها دارند ]5[. به همین منظور روش تحلیل یک بعدي پاسخ ساختگاه به طور گسترده براي تعیین کمیت اثرات خاکهاي رسوبی بر حرکتهاي انتشار یافته در زمین، در تحقیقات آکادمیک و عملی استفاده می شود. از طرف دیگر دو نکتۀ اصلی در زلزلههایی که منجر به روان گرایی خاک میشوند وجود دارد: 5. وقوع روان گرایی ممکن است موجب تغییرشکل و یا گسیختگی زمین شود، 2. امواج لرزهاي در اثر روان گرا شدن و یا نرم شدگی لایههاي رسوبی تعدیل میشوند که هردوي این رخدادها اثرات نامطلوبی بر پاسخ زمین دارند. تاکنون محققان بسیاري اثر نرمشدگی و رفتار غیرخطی خاک بر پاسخ لرزهاي سطح زمین را در ساختگاهها و در طی زلزلههاي مختلف بررسی کرده اند. زوراپاپل و ووستیک )5339( طیف فوریه حرکات اندازهگیري شده زمین را در ساختگاه ناحیۀ روانگراي وایلدلایف 7733
در طی زمینلرزههاي سوپراستیشن هیلز محاسبه کردند ]2[. یانگ و همکارانش )2002(، تحلیلهاي عددي متعددي با تمرکز بر خاکهاي رسوبی روان گرا شده پورت آیلند )کوبه ،ژاپن(، با هدف روشن شدن اثرات روان گرایی لایههاي خاک بر پاسخ زمین انجام داده اند و نشان دادند که دامنه و محتواي فرکانسی حرکات افقی به شدت وابسته به سطح لرزش و رفتار غیرخطی خاک است ]9[. یاد و کارتر )2001( در پژوهشی جامع حرکات ثبت شدۀ زمین را در چهار ساختگاه با قابلیت روان گرایی بررسی کردند ]9[ و با طیف هاي طراحی ارائه شده در آییننامههاي مختلف از جمله AASSTO (LRFD) ]1[ مقایسه کردند. همینطور، فورستر و مدرسی)2002( در قالب کاري تحقیقاتی دو مدل عددي را براي ساختگاههاي واقعی تیشور آیلند و پورت آیلند با استفاده از مدل Cyber Quake شبیه سازي کردند ]2[.
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

یکی دیگر از تحقیقاتی که اخیراراً انجام شده است مربوط به پژوهش هاي ژنگ و لونا در سال 2055 است ]2[. آن ها با استفاده از مدل غیرخطی خاک به بررسی اثر لایههاي رسوبی عمیق و روان گرا بر تحلیل پاسخ لرزهاي زمین پرداخته و ساختگاه لرزهاي نیومادرید را با استفاده از مدل پیشنهادي خود تحلیل کردند. شدت زلزله، افزایش فشار آب حفرهاي، روان گرایی و اثر زلزله میدان نزدیک از جمله مباحثی هستند که در بارۀ آن ها تحقیق شده است. به همین ترتیب استیفن کرامر و همکاران )2055( با نگاهی ویژه به مسئلۀ روان گرایی و اثر آن بر پاسخ لرزهاي سطح زمین، ساختگاه ناحیۀ روانگراي وایلدلایف را در طی زلزله سوپراستیشن هیلز بازبینی و بررسی کردند ]8[.
در این تحقیق به مقایسۀ تحلیل یک بعدي پاسخ زمین تحت اثر امواج لرزهاي میدان دور و میدان نزدیک می پردازیم، ابتدا بر مبناي روش معادلخطی مبتنی بر مدل تنش کل در حوزۀ فرکانس بررسی شده است و سپس بر اساس روش غیرخطی با مدلهاي تنش کل، تنش مؤثر و اعمال افزایش فشار آب حفرهاي در حوزۀ زمان، با بهرهگیري از ویرایش پنجم نرمافزار DEEPSOIL ]3[ تحقیق شده است. محل بررسی شده براي انجام این تحقیق بهعنوان پروژۀ واقعی و مطالعۀ موردي، پروژۀ بندر LNG عسلویه واقع در جنوب ایران است که بر اساس تحقیقات انجام شده ،از لحاظ لرزه خیزي و استعداد روان گرایی جزء مناطق ویژه محسوب می شود ]50[. از طرفی با توجه به ثبت نشدن دادههاي واقعی زلزله میدان نزدیک در محل پروژه بهویژه براي گسل محتمل آن، از روش شبیهسازي مصنوعی زلزله براي گسل مولد استفاده شده است. در این راستا سه زلزلۀ میدان دور مستخرج از بررسی هاي عرف لرزهخیزي نیز بررسی و تحلیل شدند. هم چنین در انتها به منظور ارزیابی جاي گاه تحلیلهاي انجام شده نسبت به طیفهاي ارائه شده در آییننامههاي لرزهاي متعارف، مقایسهاي بین طیفهاي به دست آمده با آییننامههاي مرسوم ساختمانی انجام شده است.

شرایط ژئوتکنيکي پروژه LNG- مطالعه موردي
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

جانمایی محل پروژه و محل گمانههاي حفاري شده در پژوهش هاي ژئوتکنیکی پروژۀ بندر LNG واقع در منطقۀ تمبک )قسمت ساحلی جنوب غربی ایران( در شکل 5 نمایش داده شده است. لازم به ذکر است که آزمایش نفوذ استاندارد )SPT( در تمامی گمانههاي حفر شده )52 گمانه( بر اساس استاندارد 92-ASTM D1586 انجام شده است. بر اساس اطلاعات به دست آمده، بافت ژئوتکنیکی لایههاي بستر دریا شامل دو لایۀ اصلی است. پارامترهاي ژئوتکنیکی و مشخصات لایههاي خاک بهدست آمده از بررسی هاي ژئوتکنیکی انجام شده در محل، مطابق با جدول 5 است.

شکل 3. محل گمانههاي حفاري شده در محل پروژه LNG
یکی از مشخصات اصلی لایههاي خاک که مستقیماًمستقیما در تحلیلهاي پاسخ ساختگاهی دخالت دارد سرعت موج برشی متوسط در هر لایۀ خاک است. با در نظر گرفتن مشخصات پروفیل 7737
خاک مطابق جدول 5، از روابط پیشنهادي بین عدد نفوذ استاندارد )SPT( و سرعت موج برشی )Vs( براي لایههاي اول و دوم که بهترتیب لی )5330( ]55[ و رولینز )5338( ارائه کردند ]52[، بدین صورت استفاده شده است:
)5( خاکهاي سیلتی 32.0Vs 106N
)2( خاک هاي شنی 32.0Vs 132N
با توجه به این که روابط استفاده شده در این تحقیق از منابع معتبر با مجموعه آزمایشهاي مختلف استخراج شده است، اما به دلیل اطمینان از مقادیر سرعت موج برشی به دست آمده، صرفاصرفاً به نتایج این روابط اکتفا نشده و معقولیت سرعت موج برشی به دستآمده مخصوصاًمخصوصا براي لایۀ شنی با مقادیري که محققان دیگر ارائه کرده اند ]59[، ]59[ و در نتیجه مناسبترین رابطه و سرعت موج برشی براي هر لایه با توجه به شرایط اقلیمی محل، انتخاب شده است.
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

در این روابط N تعداد ضربات SPT معادل براي هر لایه و Vs سرعت موج برشی معادل در آن لایه است. با بررسی لوگ گمانهها، سرعت موج برشی متوسط در لایۀ اول و دوم به ترتیب برابر با m/s 203 وm/s 920 بهدست میآید. هم چنین براي تعیین تغییرات مدول برشی و نسبت میرایی خاک با کرنش برشی، مطابق با جدول 5 براي لایۀ اول از منحنی پیشنهادي سید و ادریس ]51[ و براي خاکهاي درشت دانهي لایۀ دوم از منحنی رولینز و همکاران ]52[ استفاده شده که در شکل 2 نشان داده شده است.
جدول 3. پارامترهاي ژئوتکنيکي ‌لایههاي خاک در پروژه LNG
لایه دوم لایه اول واحد پارامتر
< 59/1 59/1-0 m عمق
GC-GM ML – طبقه بندي
< 21 90 % تراکم نسبی
21 25 % مقدار ریزدانه
2/09 5/92 ton/m3 وزن مخصوص خشک
2/9 5/3 ton/m3 وزن مخصوص اشباع

شکل 3. منحني تغييرات مدول برشي و ضریب ميرایي لایههاي خاک برحسب کرنش برشي

تحليل خطر لرزهاي
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.2.3379 ]

شتاب نگاشتها یا تاریخچههاي زمانی شتاب معمولامعمولاً بیانکننده حرکات زمین به صورت ثبت شتاب مطابق با زمان هستند. تاریخچههاي زمانی شتاب باید به صورتی توسعه و مقیاس شوند که طیف پاسخ آن ها سازگار با طیف طرح ساختگاه باشند. هم چنین تاریخچۀ زمانی منتخب باید داراي مدت حرکات شدید مناسب با زلزله طرح باشد. در این راستا دو روش اولیه براي ایجاد تاریخچه زمانی شتاب وجود دارد: 5. انتخاب مجموعهاي از شتابهاي ثبت شده و در صورت نیاز اصلاح آن ها. 2. ایجاد تاریخچۀ شتاب مصنوعی. در این مقاله از روش اول براي انتخاب شتاب نگاشتهاي مربوط به زلزلۀ میدان دور حاصل از بررسی هاي لرزه خیزي محل و از روش دوم براي تعیین شتاب نگاشت مربوط به زلزلۀ میدان نزدیک گسل مولد استفاده شده است. بر اساس شرایط ذکر شده و با استفاده از پایگاههاي لرزهنگاري ایران نظیر پایگاه مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازي و هم چنین پژوهش هاي لرزه خیزي انجام شده در محل پروژه، سه زلزلۀ میدان دور با مقدار شتاب حداکثر ثبت شده برابر g22/0 روي سنگ بستر لرزهاي و با دوره بازگشت 921 سال، انتخاب شده که مشخصات این زلزلهها در جدول 2 آورده شده است. شایان ذکر است که با توجه به محتواي لرزهاي و منابع در دسترس، درپژوهش هاي لرزهخیزي منطقه از دو رابطۀ استهلاکی کامپل و بزرگنیا )2000( ]52[ و
IPSN/R.F.S.I.2.c )5333( ]52[ بهره گرفته شده است.

جدول 3. مشخصات زلزله‌هاي ثبت شده انتخابي در پژوهش هاي لرزهخيزي منطقه
-68579-311581

نام

ایستگاه

مشخصات

زلزله

نام

زمان

بزرگا
(
M
)

شماره

استاندارد

رکورد

سوزا

قشم

نام

ایستگاه

مشخصات

زلزله



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید