نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد نهم، شمارۀ 4 زمستان 4934 7023

بررسي دادههاي سرعت موج برشي و برآورد عمق لازم براي تحليل ديناميكي اثر آبرفت در شهر مشهد

روزبه یزدان فر، ناصر حافظی مقدس، حسین صادقی؛ دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکدۀ علوم
محمدرضا قائمقامیان؛ پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله تاريخ: دريافت 52/6/34 پذيرش 43/8/39 چکيده
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

متوسط سرعت موج برشی در سی متر بالایی علی رغم ضعف هاي متعدد در بیان دقیق ویژگیهاي دینامیکی ساختگاه هم چنان یکی از پارامترهاي مورد اعتماد در طبقه بندي لرزهاي زمین از نظر آیین نامههاي مختلف است. در تحقیق حاضر نتایج ارزیابی سرعت موج برشی در 93 نقطه از شهر مشهد بررسی شده و روابط تجربی بین میانگین سرعت موج برشی در 93 متر فوقانی خاك با عمقهاي كم تر به دست آمده است. هم چنین با توجه به اطلاعات پروفیل سرعت در 93 گمانه مزبور و نیز داده هاي پریود تشدید موجود از شهر مشهد عمق مناسب براي تحلیل دینامیکی اثر آبرفت در محدوده شهر مشهد پیشنهاد شده است. بر این اساس عمق كاوش پروفیل سرعت لازم براي بررسی تحلیل اثر آبرفت در شهر مشهد به جز نواحی جنوبی و شمالی كه در حاشیۀ ارتفاعات قرار دارد بیش از 93 متر است. این عمق براي بخشهاي مركزي، شرق و شمال شرق شهر كه پریود تشدید بیش از 9/3 ثانیه دارند به 83 متر نیز می رسد. از این رو ،عمق كاوش 93 متر در شهر مشهد تنها براي طبقه بندي زمین از نظر آیین نامه مناسب است و براي تحلیلهاي تئوري نیازمند تحقیقات عمیقتر هستیم.

واژه های کليدی: متوسط سرعت موج برشی، عمق كاوش، مشهد، استاندارد 5833
7023
مقدمه
ساختارهاي سرعت موج برشی نهشتههاي رسوبی از مؤلفههاي كلیدي كنترل كننده جنبش هاي نیرومند زمین و خرابیهاي سازهاي حاصل در خلال زمین لرزهها است ]42[. دانستن پروفیل سرعت موج برشی در یک ساختگاه براي پیش گیري و كاهش خطرات زمین لرزه ضروري بوده است و با روش هاي سنتی ژئوفیزیکی یا ژئوتکنیکی با استفاده از گمانهها برآورد می شود ]49[. سرعت موج برشی در سی متر بالایی یکی از پارامترهایی استفاده شده در رده بندي لرزهاي زمین در اغلب آیین نامهها و دستورالعمل لرزهاي ساختمان ها در دنیا است ]5[، ]55[. از جمله دلایل استفاده از این پارامتر این موارد را میتوان ذكر كرد:
عمق كاوشهاي زیرسطحی ژئوتکنیکی براي سازههاي معمولی 93 متر است.
عمق خاكهاي مسئله دار نظیر خاكهاي روان گرا كم تر از 93 متر است.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

بعد از عمق 93 متر خاك متراكم و نسبتاٌنسبتا همگن است از این رو، میانگین سرعت تا 93 متر مشخصهاي از تراكم خاك را به دست میدهد.
علی رغم كاربرد بسیار وسیع 30Vs، توافق كلی در مورد دقت آن به عنوان شاخص تقویت لرزهاي ساختگاه وجود ندارد. از جمله نقدهایی كه به این پارامتر وارد است عدم قطعیت ]53[ روش هاي مختلف برآورد آن كه در خوش بینانه ترین حالت 53 درصد برآورد شده ]9[ و چگونگی ارتباط این پارامتر با تقویت ساختگاه است. با توجه به این كه 93 متر فوقانی غالباغالباٌ كم تر از 4 درصد فاصله منشأ تا ساختگاه را شامل میشود، بنا بر این بعید به نظر میرسد تقویت ساختگاه كه پارامتر بسیار پیچیدهاي است تنها به سرعت موج برشی در سی متر بالایی وابسته باشد ]49[، ]48[، ]43[، ]54[. به عقیده برخی محققان میانگین سرعت موج برشی در 93 متر فوقانی حتی براي ارزیابی فركانس هاي تشدید خاك هاي با سختی متوسط براي طراحی ساختمان هاي دو الی سه طبقه نیز ممکن است كافی نباشد ]44[ و در صورت استفاده از این معیار مقدارچشم گیري از تغییرات جنبش زمین ناشی از اثرات ساختگاه بدون پاسخ باقی می ماند ]3[، ]45[. از این رو ،در بررسی هاي ارزیابی اثرات ساختگاهی به روش تئوري استفاده 7023
از ضخامت 93 متر دقت لازم را ندارد و لازم است عمق مناسب آبرفت مطابق با خصوصیات ساختگاه برآورد شود.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

بور و همکاران )5344( براساس عمق معادل یک چهارم طول موج موج برشی و پریود، بر پایه دادههاي 2 منطقه مختلف شامل دادههاي شبکه كیوشین در ژاپن، دادههاي كالیفرنیا و تركیه نموداري را براي برآورد حداقل عمق لازم براي حصول اطلاعاتی از تقویت ساختگاه در یک پریود مشخص ارائه كردهاند )شکل 4( ]8[، ]44[. رسم نمودار بر اساس این فرض است كه تقویت ساختگاه با سرعت هاي یک چهارم طول موج تا سطح كنترل میشود. مطابق این نمودار براي ساختگاههاي با پریود حدود 5 ثانیه، براي برآورد تقویت ساختگاه باید دادههاي سرعت تا عمق 433 متري توسعه یابند. این مقدار براي ساختگاههاي با پریود بین 6/3-5/3 ثانیه به سی متر میرسد.
هدف از این پژوهش بررسی آماري داده هاي پروفیل سرعت موج برشی در شهر مشهد و ارائۀ رابطۀ تجربی براي تعیین متوسط سرعت سی متر موج برشی براساس دادههاي كم عمق تر و نیز پیشنهاد عمق مناسب اكتشاف هاي صحرایی لازم در ارزیابی اثرهاي ساختگاهی با توجه به پریود غالب ساختگاه بوده است. براي این منظور از اطلاعات برآورد سرعت موج برشی در بیش از 93 نقطه از شهر مشهد و نیز نقشۀ هم پریود تشدید خاك شهر مشهد مربوط به تحقیقات ریزپهنه بندي لرزه اي این شهر استفاده شده است. ابتدا با استفاده از روش مقایسۀ بین مقادیر متوسط سرعت موج برشی در اعماق مختلف و مقادیر این پارامتر در عمق 93 متري ،رابطهاي براي تکمیل بانک دادههاي متوسط سی متر برقرار شد. سپس بر اساس عمق معادل یک چهارم طول موج امواج برشی و پریود موج عبوري در یک میانه عمودي از انتهاي گمانه تا سطح زمین، حداقل عمق لازم براي كاوش متوسط سرعت موج برشی براي ارزیابی دقیق تر وضعیت دینامیکی ساختگاه بررسی شده است.
7022
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

557657-2816148

شکل 4. رابطۀ بین پریود و عمق معادل یک چهارم طول موج، براساس داده هاي مربوط به كشورهاي مختلف ]6[، ]3[

زمين شناسي شهر مشهد
مشهد در منتهی الیه جنوب شرقی دشت مشهد قرار گرفته است. دشت مزبور از نظر جاي گاه زمین شناسی در حد فاصل دو ایالت لرزه خیز ایران مركزي و كپه داغ با شاخصه زمین لرزههاي كم عمق )بین 43 تا 42 كیلومتري( واقع شده است. ساختگاه شهر مشهد روي رسوبات عمیق كشف رود و رودخانههاي فرعی كه از ارتفاعات جنوب و جنوب غرب شهر سرچشمه می گیرد بنا شده است. در شکل 5 نقشۀ بافت خاك در مشهد نشان داده شده است.
7022
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

بافت خاك در این شهر تابعی از فاصله مسیل هاي اصلی تا ارتفاعات است. به طوركلی بافت خاك در سطح مشهد در سمت غرب و حاشیۀ ارتفاعات جنوبی شن و ماسه درشت دانه است كه به طرف مركز شهر به ماسه و ماسه سیلتی تقلیل مییابد و به طرف شرق و شمال شرق به سیلت و رس تبدیل میشود ]9[. بیش ترین ضخامت این ته نشست ها حدود 523 متر است ]9[.

شکل 0. نقشۀ بافت خاک سطحي گسترۀ مشهد ]9[
بررسی هاي ریز ارتعاش هاي تک ایستگاهی امروزه به عنوان اولین و مطمئن ترین راهکارها براي برآورد اثرات ساختگاهی است. پژوهش هاي ریزپهنه بندي لرزهاي مشهد در سال 4982 صورت پذیرفته است. به عنوان بخشی از این بررسی ها، اندازهگیري ریزارتعاشات تک ایستگاهی در حدود 523 ایستگاه مستقر در نقاط مختلف این شهر صورت گرفته است ]4[. نتایج این پژوهش ها و دیگر بررسی هاي ریز ارتعاشات در گسترۀ این شهر طی سالیان ]4[، ]6[ 7020
حاكی از بلندپریود بودن )پریود بالاي 4 ثانیه( عمده ساختگاه مشهد است. با توجه به این مسئله توجه به اعماق بیش تر كاوش سرعت موج برشی ضروري است.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

در شکل 9 نقشه هم پریود آبرفت در مشهد نشان داده شده است. مطابق این نقشه، مناطق كوتاه پریود در بخش جنوبی شهر قرار دارد. در نواحی مركزي و شرقی شهر به مقدار پریود افزوده میشودد و عمدۀ مناطق بلند پریود در این بخش ها متمركز شدهاند. تغییرات پریود روند منظم و خاصی را نشان نمیدهد كه میتوان این مسئله را ناشی از تغییرات و ناهمگنیهاي زیرسطحی دانست.

شکل 7. نقشه هم پريود تشديد مشهد ]4[

بانك اطلاعات سرعت موج برشي استفاده شده
دادههاي استفاده شده شامل پروفیل سرعت در 93 گمانه هستد كه در نقاط مختلف شهر مشهد براي رده بندي لرزهاي ساختگاه به روش درون گمانهاي انجام شدهاند. شکل 4 نقشۀ پراكندگی دادهها را نشان داده میدهد. در شکل 2 نمودار فراوانی عمق گمانهها آمده است. 7027
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

شکل 4. پراکندگي دادههای آزمون لرزه ای درون گمانهای استفاده شده در گسترۀ شهر
مطابق انتظار عمده فراوانی دادههاي عمق، مربوط به سی متر است. عمقی كه متوسط سرعت موج برشی در آن ملاك رده بندي زمین در آیین نامه لرزهاي ایران )استاندارد 5833( است.

برآورد سرعت موج برشي سي متر از دادههای اعماق کم تر
برخی از اندازهگیريهاي سرعت موج برشی به سی متر نمیرسند. این مسئله در حفاري هاي قدیمیتر بیش تر دیده میشود. هم چنین در ساختگاههایی كه اندازهگیري سرعت موج برشی به دلایل برخی محدودیتها با روش شکست مرزي برآورد میشود، ممکن است عمق كاوش تا 7024
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

حداكثر 42 الی 53 متري از سطح زمین محدود گردد ]8[، ]3[. به عنوان مثال سرعت هاي موج برشی در شبکه لرزهاي كیوشین )K-net( به جز یک استثنا به اعماق حداكثر 43 الی 53 متر محدودند. در كالیفرنیا بیش از 23 درصد دادههاي سرعت موج برشی كم تر از سی متر است ]43[ یا در تایوان عمده سایت هاي جنبش نیرومند زمین داراي گمانههاي با عمق كم تر از سی متر هستند ]49[. براي تکمیل دادههاي سرعت موج برشی تا حداقل سی متر )معیار كدهاي لرزهاي( روابط تجربی بین سرعت موج برشی دادههاي كم عمق و سی متر ارائه شده است ]8[، ]43[، ]44[. در پژوهش حاضر براي برآورد سرعت موج برشی سی متري از دادههاي كم تر از عمق سی متري روابط تجربی بین میانگین سرعت موج برشی سی متر و مقدار این پارامتر در عمقی به خصوص بررسی شده است. براي این منظور ابتدا تمامی دادههاي متوسط سرعت موج برشی مربوط به همۀ اعماق در مقابل متوسط سرعت موج برشی سی متر رسم شدهاند )شکل 6(. محور افقی متوسط سرعت موج برشی در اعماق 5 تا 58 متري و محور عمودي سرعت متوسط سی متر را نشان میدهد. خط 4:4 با رنگ قرمز مشخص شده است. چنان كه انتظار می رود میانگین دادههاي سرعت موج برشی اعماق بیش تر قرابت بیش تري با میانگین سرعت موج برشی در سی متر دارند و به خط 4:4 مماس شدهاند.

شکل 5. نمودار فراواني عمق دادههای استفاده شده
7025
براي استخراج رابطۀ تجربی بین میانگین سرعت در اعماق كم تر از سی متر با عمق سی متر، میانگین سرعت موج برشی براي هر عمق در تمامی گمانهها در مقابل متوسط سی متر این پارامتر رسم شدند. بالاترین ضریب هم بستگی مربوط به مدل خطی بدین شکل به دست آمد:

)4(
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3207 ]

در این رابطه

: متوسط سرعت موج برشی سی متر،

: متوسط سرعت موج برشی در یک عمق خاص ،

: مقدار خطا ،

: ضریب و

: ثابت رابطه هستند.



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید