نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد هشتم، شمارۀ 4 زمستان 3131 9832

بررسی بزرگ نمایی امواج زلزله ناشی از تپه
ذوزنقه ای شکل در حالت یک بعدی و دوبعدی در حوزۀ
زمان

آرش شارقی؛ دانشگاه ارومیه، دانشکدۀ فنی و مهندسی
مسعود عاملسخی؛ دانشگاه صنعتی قم، دانشکدۀ فنی و مهندسی
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

عبدالله سهرابیبیدار؛ دانشگاه تهران، پردیس علوم، دانشکدۀ زمین شناسی تاريخ: دريافت 1/31/33 پذيرش 6/6/32 چکیده
بررسی حرکات نیرومند زمین تا زمانی کهه ررتااشهات ناشهی رز بن بهه سهازد برسهد رز دو دیدگاد مهندسی ژئوتکنیک )تحلیل ساخت گاد( و مهندسی زلزله )تحلیل رفتار زمهین (، رهمیهتفررورن دررد. متدرولترین روشهاي ریزپهنهبندي ژئوتکنیک لرزدري بهر تحلیهلههاي دینهامیکییک بادي متکی هستند که سطح زمین رر رفقی فرض میکنند، درحالیکه در بسهیاري رز منها به دلیل وجود توپوگررفیهاي متفاوت، پاسخهاي گوناگونی در سطح زمین در ر ررف ناهمورري دریافت میشود. در رین پژوهش رز نرمرفهزرر تفالهل محهدودFLAC دوباهدي بهرري تحلیهلتپه ري ذوزنقهري شکل با لرریب شکل مختلف رستفادد شهدد رسهت. ریهن نهاهمورريهها تحهترکوردهاي زلزله حوزۀ دور قررر گرفته و بزرگ نماییهاي مربوط به صهورت بهیباهد بها نتهای حاصل رز تحلیلهاي یک بادي مقایسه شددرنهد . بررسهی نتهای ریهن دو روش بنهالیز در نقهاطمختلف بر روي ناهمورري و ر ررف بن، بیان گر تفاوتههاي چشهم گیهري رسهت کهه لهرورتتحلیلهاي دوبادي در زمینه ژئوتکنیک لرزدري رر بشکار میسازد.
واژه های کلیدی: رمورج لرزدري، توپوگررفی ،تأثیر ساختگاد ،بزرگ نمایی.
9822

مقدمه
زلزلهها وقایع بیای هستند که صدمات مالی و جانی چشم گیري به جاماه وررد می کنند. رز رین رو مهندسان بسیاري برري شناسایی هرچه بیش تر رین پدیدد بیای بربمدند، ولی بن چه که مبرهن رست عدم قطایتهایی رست که هر تحقی مهندسی گامی در ررستاي کاهش بن برمیدررد. جنبۀ ژئوتکنیکی زلزلهها مولوعی رست که مهندسان در چند دهۀ رخیر به بن توجه کردد رند. در رین میان توپوگررفی سطحی و زیرسطحی رز جمله عورملی به شمار میبیند که بر بزرگ نمایی مشخصههاي حرکتی زمین و محتوري فرکانسی زلزله ثبت شدد در سطح زمین تأثیر میگذررند.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

با وجود رین، رغلب بییننامههاي ررحی لرزدري موجود، رثررت ساخت گاد رر به صورت یک بادي بررسی کردد و در ررحی سازدها رستفادد میکنند ]3[، ]2[، ]1[. بر رساس مشاهدرت فررورن رز تأثیر دوبادي ساخت گادها بر رکوردهاي ثبت شدد، درنشمندرن تحقیقات بسیاري رر به منظور شناخت هرچه بیش تر تغییر ماهیت رمورج تحت تأثیر توپوگررفیهاي گوناگون رنجام درددرند. بوشون3 )3391( رولین محققی بود که به تأثیر تپههاي نیم سینوسی بر پاسخ لرزدري زمین رر توجه کرد. وي در تحقیقات خود ناهمورريهایی رز نوع تپه رر با لرریب شکل گوناگون، تحت رمورج SH بررسی کرد ]4[. ژلی2 )3311( و همکاررن رثر لایه بندي زیرسطحی و ناهمورريهاي هم جورر تپه ري نیم سینوسی با لریب شکل ثابتی رر تحت رمورج مهاجم SH بررسی کردند ]5[. سانچز-سسما1 )3333-3331( و همکاررن رولین گروهی بودند که تأثیر تپه-هاي نیم بیضی رر بر پاسخ لرزدري زمین تحت هر دو موج SV, P بررسی کردند )6[، ]9[.
پدرسون4 و همکاررن تپههاي دوبادي نیم بیضی رر تحت زوریاي هجوم و بزیموت مختلف در یک نسبت شکل و با یک لریب پورسون بررسی کردند ]1[. سانچز-سسما )3319( رولین محققی بود که به بررسی تپههاي تیز گوشه یا همان مثلثی شکل تحت رمورج مهاجمSH پردرخت ]3[. بادها نوکزو5 )3339( و همکاررن پاسخ لرزدري تپههاي ذوزنقهري شکل رر تحت 9822
رمورج مهاجمSV با یک لریب شکل و یک زرویۀ یال و یک لریب پورسون بررسی کرد

.]31[
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

. Bouchon 2. Geli 1. Sanchez-Sesma 4. Pedersen 5. Moczo3کمالیان و همکاررن )2119( رولین گروهی بودند که بررسی هاي پاررمتریک گسترددري رر به منظور بررسی رفتار لرزدري تپههاي نیم سینوسی ]33[ و ذوزنقهري شکل ]32[ در برربر رمورج مهاجم SV, P رنجام دردند.بوکوولاس3 )2115( و همکاررن به ررزیابی پاسخ لرزدري شیبها تحت رمورج مهاجم SV پردرختند. ریشان در بررسی هایشان به تأثیر هندسه شیب و فرکانس موج مهاجم توجه کردند ]31[. گتمیري و همکاررن )2119( رنورع مختلف توپوگررفی)تپه، درد و شیب( رر تحت رمورج مهاجم SV ررزیابی کردند ]34[، رما در مورد بررسی توپوگررفی تحت رکورد زلزله، پژوهش ري پاررمتریک خاصی تاکنون رنجام نگرفته رست و بن چه رنجام شدد ،محدود به بررسی مکانهاي خاص، تحت رکوردهاي ورقای زلزله رست. به ور مثال گازتاس2 )2112( و همکاررن ناهمورريهاي منطقۀ بدمس1 در بتن یونان رر با رستفادد رز درددهاي صحرریی به دست بمدد مدل کردند و پاسخ رکورد زلزله رعمال شدد به بن رر در نقاط مختلف توپوگررفی با یک دیگر ررزیابی کردند ]35[. چانگ گوک4 )2111( و همکاررن به منطقهري با نام گیونگجو5 در کشور کرد توجه کردند. به منظور بررسی رثر توپوگررفی، دو پروفیل عرلی رز محل بررسی شدد رنتخاب کردند و با رستفادد رز درددهاي صحرریی موجود، نتای تحلیلهاي یکبادي و دوبادي رر با هم مقایسه کردند ]36[.
در رین مقاله بزرگ نمایی مشخصههاي حرکتی زمین در تپه ذوزنقهري با لریب شکلهاي مختلف تحت شتاب نگاشتهاي مختلف زلزله حوزد دور در حالت تحلیل یکبادي و دوبادي با یک دیگر مقایسه شددرند.

طرح کلی پژوهش ها
رصول رولیۀ هر پژوهشی قبل رز بحث و بررسی نتای ، صحتسنجی نرمرفزررهاي رستفادد شدد و روشهاي مدلسازي رست. در پژوهش هاي پیش رو رز نرمرفزرر تفالل محدود FLAC 9829
-45465499957

که به ور صریح6 رقدرم به تحلیل مسئله میکند، رستفادد شدد رست. لازم به ذکر رست که درحل مسائل دینامیکی رگهرچه روش صریح مشکلات مهدل سازي مخصوص بهه خود رر دررد رما
3. Bouckovalas 2. Gazetas 1. Adames 4. Chang-Guk
5. Gyeongju 6. Explicit
جورب دقی تري میدهد. به منظور صحتسنجی روش کار عددي، در محیط رین نرمرفزرر ،درد ري نیمدریرد به شااع 25 متر در محیط ویسکورلاستیک در حالت بدون میرریی بررسی شد.
16122658455025

1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

مشخصات مصالح رستفادد شدد عبارتند رز: سرعت موج برشی Vs=511m/s، لریب پورسون 1/3ν= و چگالی 1ρ=2111 kg/m. سپس مدل ساخته شدد تحت تابش قائم موج ریکر SV با نسبت ول موج 2λ /R= قررر گرفت. رعمال نیروي دینامیکی به صورت تاریخچۀ شتاب ،سرعت یا جابه جایی رمري مرسوم در تحلیلهاي دینامیکی رست، ولی در رین پژوهش به منظور جلوگیري رز بازتاب مصنوعی موج در سطوح مرزي رز تنش به عنورن محرک دینامیکی رستفادد شدد رست. در نهایت نتای حاصل رز تحلیل عددي با نتای حاصل رز حل تحلیلی ونگ3 )3312( مقایسه شد و چنان که در شکل3 مشاهدد میشود رین دو مطابقت خوبی با هم دررند
.]39[

شکل 2. صحت سنجی نتايج تحلیلی نرم افزار FLAC برای توپوگرافی دره )92λ/R=9 ،R= موج قائم SV (
در شکل 3 محور قائم بیانگر نسبت حدرکثر پاسخ مؤلفۀ رفقی جاب هجایی درد در نقاط مختلف بر حدرکثر درمنۀ جابه جایی موج ریکر رست. محور رفقی نیز بیان گر نسبت بیباد شدد فاصلۀ نقاط رز مرکز درد (X) بر نصف عرض درد (L) رست.
توپوگررفی مورد نظر در رین مقالۀ تپهري ذوزنقه شکل رست که تحت رنتشار رمورج زلزله در ررستاي قائم قررر گرفته رست. رکوردهاي رستفادد شدد، چنان که در جدول 3 مشاهدد میشود 9828
مربوط به نگاشتهاي حوزۀ دور هستند. مشخصاتی که برري رنتخاب شتاب نگاشتها در نظرگرفته شدد شامل بزرگاي زلزله 5/9-6M= ، فاصلۀ D>21km و 2PGA=1/11-3/16 m/sرست. لازم به ذکر رست که تمامی رکوردها مربوط به شتابنگاشتهاي ثبت شدد در سنگ
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

بستر هستند )Wong .)Vs>961 m/s .3 جدول2. رکوردهای استفاده شده در تحلیل دينامیکی تپه ذوزنقهای شکل ]23[
NO. Record ID Earthquake Station/ Component Distance (km) PGA
(m/s2) PGV
(cm/s) PGD
(cm)
3 P1154 Landers 3332/16/21 33:51 Amboy
31 96/2 3/41 31/53 6/13
2 P1919 Loma Prieta
3313/31/31 11:15 So. San Francisco, Sierra Pt.
215 96/2 1/11 3/43 3/36
1 P1115 Northridge
3334/13/39 32:13 1Lake Hughes #9 29/6 3/91 5/33 3/35
4 P1335 Northridge
3334/13/39 32:13 LA – Wonderland Ave315 22/7 3/91 31/93 2/11
5 P1326 Northridge
3334/13/39 32:13 Mt Wilson – CIT
SeisSta
1 69/1 3/16 9/11 1/55
6 P1313 Northridge
3334/13/39 32:13 Leona Valley #3 31 67/6 1/11 6/13 3/11
9 P3133 Northridge
3334/13/39 32:13 San Gabriel – E.
Grand Ave.
311 11/7 3/41 9/11 3/11
1 P1534 N. Palm Springs 3316/19/11 13:21 Anza – Red
Mountain
161 14/9 3/15 1/19 1/41
3 P1511 N. Palm Springs 3316/19/11 13:21 Silent Valley –
Poppet F
1 24/6 1/36 2/11 1/49
31 P1199 San Fernando
3393/12/13 34:11 23Lake Hughes #9 26/4 1/11 5/43 1/62
33 P1666 Whittier Narrows 3319/31/13 34:42 Mt Wilson – CIT
SeisSta
31 46/6 3/31 6/33 3/43
32 P1263 Victoria, Mexico3311/16/13 11:21 SAHOP Casa
Flores
31 21/2 3/46 4/91 1/21
با توجه به رین که رکثر تپههاي بیای رز جنس سنگ هستند، در رین مقاله نیز مصالح سنگی با مشخصاتی رز قبیل چگالی 1ρ=2111 kg/m، مدول رلاستیسیته E=4111MPa و لریب پورسون 4/1ν= به توپوگررفی مدل شدد، رختصاص دردد شد. هندسۀ تپه در 4 لریب شکل 3/1 ، 1/1 ، 5/1 و 9/1 با شیب 45 درجه در نظر گرفته شد. منظور رز لریب شکل تپه ذوزنقهري، نسبت ررتفاع تپه به نصف عرض بن رست.
9822
مرزهاي مدل به گونهري رنتخاب شددرند که شرریط محیط نیمه بینهایت رر ریجاد کنند. فاصلۀمرزها رز ناهمورري نیز وري رنتخاب شدد که میرریی مرزهاي جاذب تأثیري در نتای نقاطمورد نظر ندرشته باشد. تمامی رکوردهاي زلزله به صورت تاریخچه زمانی تنش رز سنگ بستر به مدل رعمال میشود تا رز رناکاس کاذب رمورج در سطوح رعمالی جلوگیري شود )شکل 2(.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

میرریی رستفادد شدد در بخش دینامیکی مدل رز نوع رریلی با نسبت میرریی 15/1 ξ= رست و مقدرر فرکانس رختصاص دردد شدد به بن نیز رز بنالیز مودرل رنجام شدد برري هر تپهري با لریب شکل مشخص در نرمرفزرر ANSYS به دست بمدد رست. به عنورن مثال شکل 1 مدل تپهري با لریب شکل 9/1 در محیط نرمرفزرر ANSYS رست.

شکل9. شرايط مرزی و اعمال تنش از سنگ بستر

شکل8. مدل ايجادشده برای آنالیز مودال در ANSYS
هنگام رنتشار موج در محیط در هنگام تحلیل دینامیکی ممکن رست تحت شرریط ناخورسته مدل سازي، رغتشاشات عددي رخ دهد. مقدرر فرکانس رعمال شدد به محیط و سرعت موج بر دقت عددي شرریط رنتقال موج تأثیرگذرر رست. به منظور رسیدن به دقت کافی لازم رست شرط توصیه شدد توسط لیسمر3 و کوهل میر2 )3391( رقناع شود ]33[. لازم به ذکر رست علاود بر
رربطۀ مذکور، در رین تحقی بنالیز حساسیت بر روي تأثیر ربااد دیگر مش بندي نیز رنجام گرفتکه در نهایت همان رربطه رررئه شدد بهترین مایار رنتخاب شد. رین دو محق پیشنهاد کرددرندربااد زونهاي موجود در محیط باید رز رین رربطه پیروي کند:

)3(
-19557-6185

Lysmer 2. Kuhlemeyer .3در رین رربطه Δl رندرزد بزرگ ترین زون و λ ول موج هنگام رخدرد بیش ترین فرکانس در محیط رست.
مدل يک بعدی
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

رکثر پژوهش هاي گذشته تنها رثر بزرگ نمایی توپوگررفی رر بررسی کرددرند. رین دسته پژوهش ها به لرورت بررسی توپوگررفیها به عنورن عاملی که باعث تغییر محتوري رمورج رسیدد به زمین میشوند توجه کرددرند. در رین تحقی علاود بر بررسی مقدرر بزرگ نمایی تپه ،به تفاوتهاي حاصل رز بررسی یکبادي و دوبادي بن پردرخته میشود. تمامی تپهها در محیط FLAC2D مدل شددرند. برري مدلسازي محیط یکبادي نیز رز همین نرمرفزرر رستفادد شدد رست. منظور رز محیط یکبادي در رینجا، مدل میدرن بزرد3 برربر ررتفاع ساخت گاهی با ررتفاع نقا ی رست که در توپوگررفی در نقاط مختلف تپه قررر دررند )شکل4(. به ور مثال نقطۀ A روي تپهري با لریب شکل 9/1 رست. برري بررسی پاسخ رین نقطه به صورت یک بادي باید پروفیلی به ررتفاع نقطه A رز سنگ بستر رر در نظر گرفت. به منظور مدلسازي پروفیل یکبادي نقطۀ A با رستفادد رز نرمرفزرر FLAC2D ، یک مدل میدرن بزرد به عرض همان ساخت گاد دوبادي و به ررتفاعی ماادل با ررتفاع پروفیل یک بادي نقطه A ریجاد شد.
زلزلههاي مختلف به رین مدل میدرن بزرد وررد شدد و پاسخهاي شتاب، سرعت و جابه جایی رز یک نقطه در سطح زمین بردرشت شدند
.
9822

شکل 2. مدل میدان آزاد در نرمافزار FLAC9D

1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Free Field .3رین روند برري تمام نقاط روي و ر ررف تپه رنجام شدد و پاسخهاي تاریخچۀ زمانی شتاب ،سرعت و جابه جایی در نظر گرفته شدند. مقادیر مربوط به حدرکثر شتاب )سرعت و جابه جایی( در سطح زمین )PGAresponse( به مقادیر مربوط به حدرکثر شتاب )سرعت و جاب هجایی( هر زلزله ورودي )PGAIncident( تقسیم شدد رست که در رین مقاله با عنورن بزرگ نمایی بیان میشود و در شکل5 برري نقاط مختلف روي تپهري به لریب شکل 9/1 بر حسب فاصلههاي متفاوت رز مرکز تپه رسم شدند.
چنان که در شکل 5 مشخص رست زلزلههاي مختلف، بزرگ نماییهاي متفاوتی رر در سطح زمین ریجاد میکنند. رز رفی رین پررکندگی موجود در نمودررهاي بزرگ نمایی شتاب بیش تر رز سرعت، و در سرعت نیز بیش تر رز جابه جایی رست. بنا بر رین نمودررهاي بزرگ نمایی شتاب به خصوصیات زلزله رعمالی حساسیت بیش تري نشان میدهند و در حوزۀ زمان در صورتی که هدف رستخررج مقدرر بزرگ نمایی شتاب ماادل برري تپه ذوزنقهري باشد باید زلزلههاي ورودي رر با مایارهاي بهتري رنتخاب کرد و یا با روش هاي مقیاس سازي بهتري رصلاح کرد تا پررکندگی نتای کاهش یابد.
-43172887770

1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

به منظور بررسی تغییر نسبت میرریی بر بزرگ نمایی مؤلفههاي رفقی زمین، در شکل 6 تپهري با لریب شکل 9/1 با نسبتهاي میرریی صفر ،2، 5 و 31 درصد تحت زلزله ویکتوریا3 قررر میگیرد. مشخص رست که با کاهش نسبت میرریی بزرگ نماییها رفزریش مییابند تا رین که در نسبت میرریی صفر درصد به عدد 2 میرسند. نکته قابل توجه رین رست که رگر برري تمامی رکوردهاي زلزله رین کار رنجام گیرد، در نسبت میرریی صفر درصد مقادیر بزرگ نمایی شتاب ،سرعت و جابه جایی ،چنان که رز حل تحلیلی رنتظار میرود به عددي حدود 2 میرسند. رین در حالی رست که با رفزریش میرریی تفاوت میان بزرگ نماییهاي مؤلفه هاي حرکتی برري زلزلههاي مختلف بیش تر میشود. رین مطلب مؤید بن رست که تأثیر میرریی برري زلزلههاي مختلف ،متفاوت رست. هم چنین رز مقایسۀ نتای میررییهاي مختلف بر مؤلفه هاي شتاب، سرعت و جابه جایی میتورن دریافت که تأثیر میرریی بر مؤلفه شتاب بیش تر رز سرعت و بر سرعت نیز بیشتر رز جابه جایی رست. چنان که در شکل 6 مشخص رست در میررییهاي غیر رز صفر درصد ،
Victoria .3در ررتفاع تپه ،بزرگ نمایی کاهش مییابد. علت رین رست که چون روش تحلیل به صورت میدرن بزرد رست بنا بر رین با رفزریش ررتفاع ساخت گاد ،تأثیر میرریی بر رمورج رفزریش یافته و در نهایت موجب میشود کاهش بیش تري در مقادیر بزرگ نمایی ریجاد شود.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:35 IRST on Saturday October 28th 2017

9823

شکل 2. مقادير بزرگ نمايی مؤلفه افقی شتاب، سرعت و جابه جايی به دست آمده از تحلیل میدان آزاد)1D( تپهای با ضريب شکل 2/2در فاصلههای بیبعد شده از مرکز تپه برای 29 رکورد زلزله با نسبت میرايی 2%



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید