نشریه زمین شناسی مهندسی، ویژه نامه دومین همایش لرزه خیزی البرز

بررسی پارامتریک تأثیر حضور سازه بر رفتار لرزه ای توپوگرافی شیب با در نظرگیری اثرات
اندرکنش خاک- سازه در خاکهای با سختی متوسط

عمید عرفانی*، علی قنبری، علی معصومی؛ دانشگاه خوارزمی، تهران
تاریخ: دریافت 03/8/94 پذیرش 15/1/95چكيده
زلزله های گذشته نشان داده اند که بینظمی های توپوگرافی تأثیرات چشم گیمری بمر پاسم لرزه ای ساختگاه داشته و با بزرگ نمایی پاس ها سبب آسیب های شدیدی بر سازه ها شده است.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

تحقیقات صورت گرفته بر رفتار لرزهای توپوگرافی شیب نشان داده است کمه پاسم دینمامی یسطح آزاد و سیست خاک- سازه به شدت تحت تأثیر شم توپموگرافی و ویژگمی همای خماکساختگاه است. ه چنین زاویه و ارتفاع شیب، فرکانس تحریک ورودی، رفتار غیرخطمی خماکو عمق سنگ بستر از دیگر پارامترهای مؤثر بر پاس ک سیست است علاوه بر این پژوهش هما نشان دادهاند که حضور سازه در مجاورت شیب بر تغییر الگوی رفتار لمرزه ای ایمن توپموگرافیبسیار مؤثر بوده است اما این بررسی ها بسیار محدود است از این رو، در این تحقیق به بررسمیتأثیر حضور سازه در تغییر الگوی رفتمار لمرزهای توپموگرافی شمیب ممی پمردازی . پارامترهمایبررسی شده در این مقاله برای بررسمی انمدرکنش توپموگرافی- خماک -سمازه، زاویمۀ شمیب وفرکانستحریک وروردی است که نتایج نشان میدهند در حالمت حضمور سمازه در مجماورتشیب به طورکلی در مح سازه شاهد افزایش پاس نسبت بمه میمدان آزاد هسمتی کمه بمه طمورمیانگین، مقدار شتاب افقی در مح سازه تقریباًتقریبا 0/1 برابر شتاب در میدان آزاد است و ه چنین نتایج نشان میدهد که حضور سازه در مجاورت شیب موجب انتقال حداکثر پاس به فاصمله ای دورتر از مح سازه میشود که ب هطور میانگین مقدار شتاب افقی در این نقطمه نیمز تقریبماً 6/1 برابر شتاب در میدان آزاد است. لازم به ذکر است که نتایج ارائه شده در این مقالمه بمرای یمکنوع خاک با سختی متوسط که بر اساس آیینامه 0833 در ردۀ تیپ III قرار میگیرد ارائه شمدهاست.
1626489208254

واژه های کليدی: توپوگرافی شیب، اندرکنش خاک-سازه، رفتار لرزهای شیب
[email protected] نویسنده مسئول *
501
مقدمه
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

امروزه با توجه به افزایش ارزش اقتصادی زممین و از طرفمی کمبمود فضماهای بما کماربریمس ونی در مناطق شهری، شاهد ساخت و سازهایی در مجاورت شمیب همای تنمد هسمتی . بماتوجه به لرزه خیزی کشور ایران، توجه به شیب مح سماختگاه سمازه و بررسمی پایمداری ایمنسازه ها می تواند بسیار حائز اهمیت باشد. به توپوگرافی شمیب در مقایسمه بما توپموگرافیهمایتپه ای و دره ای ش ک تر توجه قرار شده است به طوری که در اواخر دهه 1963 به اهمیت این نوع توپوگرافی بر پاس لرزه ای زمین توجه شد. شاید این توجه نداشتن به این دلی اسمت کمهنامتتقارنی هندسی این نوع توپوگرافی بررسی های تحلیلی را پیچیمده کمرده و از طرفمی دیگمرمی توان این دلی را آورد که تعیین و اندازهگیری داده های field در ایمن زمینمه کمار دشموار وهزینه برداری است )به علت پراکندگی امواج انع اسی از این توپوگرافی( از زلزلمه همای مخربمیکه تأثیر این نوع توپوگرافی در آن ها مشهود بوده است. میتوان به زلزلههای کانال بیمگ شمی 1 )1985(، ویتی یر نارو0 )1981(، ایژن گریس0 )1995(، آتمن گمریس4 )1999( اشماره کمرد کمه در زلزله 1999 آتن میزان آسیب در نقاط مختلف به شدت غیریک نواخت بود. اگرچمه روابطمی دراین زمینه در مقالات ارائه شده اما هنوز در بیش تر آییننامه های ممدرن، اجرایمی نشمده اسمت. تاکنون پژوهش های تقریباًتقریبا گستردهای در زمینۀ تأثیر توپوگرافی در بزرگ نمایی حرکمت لمرزهای سطح زمین و پارامترهای مؤثر بر رفتار این توپوگرلفی صورت گرفته است به طوری که عمده ای از محققان )]1[، ]0[، ]0[، ]4[، ]5[، ]6[، ]1[، ]8[( با در نظرگیری رفتار خطی و غیرخطمی بمه بررسی تأثیر پارامترهای مختلف از جمله ارتفاع و زاویۀ شیب، عمق سنگ بستر، فرکانس تحریمک ورودی، لایهبندی خاک ساختگاه، نسبت امپدانس بستر، چسبندگی و زاویۀ اصط اک داخلی خماکساختگاه بر رفتار لرزهای توپوگرافی شیب پرداختمه انمد کمه بم ه طمورکلی نتمایج ایمن محققمان ،بزرگ نمایی پاس های افقی و ایجاد پاس قائ را در مجاورت این توپوگرافی نشان میدهد.

1. Canal Beagle Chile 2. Whittier Narrows 3. Aegion Greece 4. Athens Greece
ه چنین پژوهش هایمحدودی )]0[ و ]8[( نیز برای یک شیب 03 درجه به ارتفاع 43 متربه بررسی تأثیر حضور سازه بر تغییر رفتار لرزهای و الگوی بزرگ نمایی پاس ها بمه وسمیلۀ ایمنتوپوگرافی پرداختهاند. از این رو ،در این تحقیق ،بررسی پارامتریک المان محدود تأثیر حضمورسازه در مجاورت توپوگرافی شیب در تغییمر الگموی رفتماری ایمن توپموگرافی در یمک خماکهمگن با سختی متوسط و قرار گرفته بر سنگ بستر صلب انجام شده است.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

پژوهش های انجام شده در این موضوع براساس تئوری انتشار امواج اسمت زیمرا محققمان عام اصلی ایجاد مؤلفۀ جا به جا یی قمائ و بمزرگ نممایی حرکمات سمطحی را انع ماس اممواجبرخورد کرده به شیب می دانند. امواجی که در محیط خاک براثمر زلزلمه و حضمور توپموگرافیشیب ایجاد میشوند شام امواج قائ ورودی SV- امواج منع س شده از سطح شیب- امواج عبوری و انع اسی از لایههای خاک- امواج رایلی- امواج SP )امواجی که بعد از برخمورد بمهشیب ان سار یافته و دقیقادقیقاً روی شیب و با سرعتی برابر با سرعت امواج P حرکمت ممیکننمد و این اتفاق زمانی رخ میدهمد کمه نسمبت پواسمون خماک برابمر 05/3 و زاویم ۀ شمیب برابمر بما(arcsin(Vs/Vp باشد( در ش 1 به صورت شماتیک نحوۀ انتشار اممواج در محمیط بررسمیشده نشان داده شده است.

شكل5. امواج ایجاد شده در محيط خاک بر اثر حضور توپوگرافی شيب ]5[
501
مروری بر پژوهش های محققان گذشته
نتایج پژوهش های محققان معمولاً بزرگ نمایی حرکت افقی و قائ را در تاج و کاهشحرکت در پاشنه شیب را نشان میدهند اما میزان این بزرگ نمایی و نیز رفتار توپوگرافی شیب به پارامترهای گوناگونی وابسته است که در ادامه به پژوهش های محققان پرداخته میشود.
ه چنین لازم به توضیح است که ضرایب Ah وAv که به ترتیب بیان گر ضریب افقی و قائ بزرگ نمایی توپوگرافی هستند به ترتیب به صورت )ah,max/ah,ff( و )av,max/ah,ff( و ضریب AS که بیان گر تأثیر شرایط خاک )صرف نظر از حضور توپوگرافی( در بزرگ نمایی پاس است نیز ب هصورت )0ah,ff/a( تعریف میشود. که 0a دامنۀ تحریک ورودی ،ah,max حداکثر شتاب افقی ایجاد شده در سطح زمین و ah,ff شتاب افقی در میدان دور هستند.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

بررسی های بوکوالس و پاپادیمیتروس0 ]1[ نشان میدهد که تغییرات شتاب افقی حرکت سطح زمین در مجاورت تاج شیب )حدودا 13 متر( به شدت با فاصله از تاج نوسان میکند برای تحریک با فرکانس زیاد و برای شتاب قائ نیز همین نتایج ارائه شده است ه چنین نتایج پژوهش های این محققان نشان میدهد که افزایش زاویۀ شیب )i( و نسبت ارتفاع شیب به طول موج تحریک ورودی )h/λ( علاوه بر افزایش مقادیر پاس ها موجب غیریک نواختی شدید این پاس ها نیز میشود.
گزتاس0 و هم اران ]0[ که به بررسی منطقه آدامز4 یونان که در مجاورت درۀ رودخانه کیفیسوس5 واقع است پرداختهاند، نشان دادند که تأثیر توپوگرافی دوبعدی برای یک شیب 03 درجه فقط تا فاصلۀ 53 متری از لبۀ تاج شیب قاب توجه است که شتاب افقی در مجاورت این شیب در یک خاک همگن و یک نواخت با ضریب تقریباًتقریبا 0/1 در مقایسه با میدان دور افزایش مییابد در حالی که این ضریب برای شتاب قائ 0/3 برابر شتاب افقی است و توپوگرافی شیب موجب تغییر محتوای فرکانسی تحریک ورودی شده و لایهبندی خاک ساختگاه این توپوگرافی علاوه بر افزایش بزرگ نمایی پاس ها سبب تغییرات ناگهانی پاس نیز میشود.
آسیماکی1 و هم اران ]0[ برای تحریک ورودی مشخص و ثابت نشان دادند که بزرگ نماییناشی از توپوگرافی شیب با افزایش ارتفاع شیب افزایش یافته و نتایج پژوهشهای تریپ0 وهم اران ]4[ نشان میدهد که هرچه عمق سنگ بستر ک تر باشد میزان بزرگ نمایی پاس سطح زمین بیشتر و با بزرگ تر شدن طول موج تحریک ورودی نسبت به ارتفاع شیب اثرات این توپوگرافی ناچیز و با افزایش زاویۀ شیب میزان بزرگ نمایی افزایش مییابد به طوری که بیش ترین بزرگ نمایی پاس سطح زمین در شیب قائ رخ میدهد. ه چنین نتایج بررسیهای این محققان نشان میدهد که انتشار یا ان سار امواج لرزهای به وسیلۀ توپوگرافی شدیداشدیداً وابسته به فرکانس تحریک ورودی است و م ان رخ دادن حداکثر مقدار شتاب افقی در پشت تاج شیب به وسیلۀ طول موج غالب تحریک ورودی کنترل میشود )0x = 0.2λ که x فاصلۀ از تاج شیب است(.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

ریزیتانو0 و هم اران ]6[ و دهاکال4 ]1[ نیز بر این ن ته تأکید دارند که با افزایش زاویۀ شیب میزان پاس ها در تاج افزایش مییابد. پژوهش های آسیماکی و کوزل5 ]8[ نشان میدهد که اثر توپوگرافی برای طول موجهای تقریباتقریباً برابر با بعد افقی سازه یا کوچک تر از آن مشهودتر است و بر اساس بررسی های دهاکال ]1[ با افزایش ارتفاع شیب اثر امواج تحریک با فرکانس کوچک تر در بزرگ نمایی ناشی از توپوگرافی شیب بیش تر است و تغییرات زاویۀ اصط اک داخلی تأثیر ناچیزی در بزرگ نمایی حرکات سطح زمین دارد اما بر اثر کاهش چسبندگی مقادیر پاس شتاب، سرعت و تغییر م ان سطح زمین مجاور شیب افزایش یافته و نتایج برای شیب های تندتر نیز شدیدتر می شود.
پژوهش های ریزیتانو و هم اران ]6[ روی شیب 03 درجه بر محیط خاکی همگن نیمه بینهایت نشان میدهد که با افزایش فرکانس تحریک مقادیر حداکثر Ah و Av روی تاج رخ نمی دهد )بر خلاف حالت با فرکانس 0 هرتز( بل ه در فاصله ای مشخص از تاج شاهد این بزرگ نمایی هستی و با افزایش فرکانس تحریک میزان و تغییرات این پارامترها نیز زیاد می شود.

1. Assimaki 2. Tripe 3. Rizzitano 4. Dhakal 5. Kausel

550
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

این محققان به تأثیر سه شرایط خاک در بزرگ نمایی پاس شتاب در سطح مجاور شیبپرداختند به طوری که در فرکانسهایی که فرکانس تحریک ورودی نزدیک فرکانس طبیعی لایهآبرفت است تأثیرات شرایط خاک )مقادیر ضریب AS( بارزتر بوده است و شرایط توپوگرافی قاب چش پوشی است اما برای مقادیر فرکانسهای ورودی که دور از فرکانس طبیعی لایه آبرفت است اثر توپوگرافی غالب است که تحقیقات تریپ و هم اران ]4[ نیز همین رفتار را نشان میدهد. با توجه به این که PI خاک بر آستانه کرنش برشی خطی تأثیر می گذارد بنابراین بر بزرگ نمایی یا کاهندگی پاس لرزه ای سطح زمین نیز مؤثر است از این رو، این محققان رفتار لرزهای شیب را به وسیله رفتار خطی معادل خاک، با در نظرگیری پارامترهای دامنۀ شتاب تحریک )0a(، فرکانس تحریک )f( و پلاستیسیته )PI( بررسی کردند که نتایج نشان میدهد که تأثیر PI بر رفتار توپوگرافی شدیداشدیداً به فرکانس تحریک وابسته است. ه چنین نتایج بررسی های این محققان نشان میدهد که در رفتار خطی معادل مقادیر Ah و Av شدیداشدیداً تحت تأثیر مقدار دامنۀ شتاب تحریک ورودی است. در این پژوهش محققان به مقایسه پاس ها در دو حالت خطی و خطی معادل پرداختهاند که نتایج نشان میدهد در ارزیابی مقادیر Ah و Av فرضیات رفتار خاک تأثیر به سزایی دارد به طوری که اگر رفتار غیرخطی خاک در نظر گرفته نشود نتایج در حالت الاستیک تا 03 درصد ک تر ارائه خواهد شد و روند پاس ها در دو نوع رفتار نیز متفاوت خواهد بود.
آسیماکی و هم اران ]0[ با مدل سازی سازه به صورت یک بلوک جامد در مجاورت یک شیب 03 درجه به بررسی اثر حضور سازه بر تغییر رفتار این توپوگرافی پرداختهاند. بر اساس آنالیزهای پارامتری الاستیک امواج به دام افتاده )امواج برخورد کننده و من سر شده( در داخ سازه منجربه افزایش قاب توجه مؤلفۀ شتاب قائ و کاهش مؤلفه پاس افقی شتاب در مح سازه نسبت به میدان آزاد می شود که این پدیده به مسیر دوار امواج به دام افتاده در سازه نسبت داده شده که باعث اعمال حرکت گهواره ای شدیدی می شود و شدت حرکت قائ با افزایش سختی سازه کاهش می یابد )به دلی توانایی نداشتن سازه صلب برای پیروی از حرکت های اختلافی( و نتایج آنالیزهای غیرخطی در خاک نسبتاً نرم نشان میدهد که هنگامی که سازه
555
تحت بارگذاریهای دینامی ی قرار میگیرد ناحیۀ زیر فونداسیون تسلی شده و تغییر ش هایغیرالاستیک ایجاد میشود که این سبب کاهش امپدانس دینامی ی محیط نیمهبینهایت خاکشده که موجب بزرگ نمایی حرکت سازه نیز میشود. تأثیر حضور سازه در تغییر الگوی بزرگ نمایی پاس در مجاورت شیب در نسبت امپدانسهای بالا نیز قاب توجهتر است.
آسیماکی و کوزل ]8[ به بررسی تغییر الگوی بزرگ نمایی امواج به علت حضور سازه در کنار شیب 03 درجه پرداختهاند. بر اساس نتایج به دست آمده از آنالیزهای الاستیک چنان که در ش 0 مشاهده می شود ضریب بزرگ نمایی پاس شتاب افقی و قائ در سطح زمین )در م ان سازه( کاهش یافته و در منطقه بین سازه و تاج شیب نیز افزایش می یابد. بنابراین نتایج آنالیزهای الاستیک این محققان نشان میدهد که حضور سازه در مح حداکثر پاس سطح مجاور شیب نه تنها بر پاس در مح سازه بل ه بر پاس بین سازه و تاج شیب نیز مؤثر است.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017

1017524-259079



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید