تاثیر ساختگاه در زلزله

 

امواج زلزله با دور شدن از کانون زلزله و گذشتن از لایه های آبرفتی تحت تاثیر تغییر و تحولاتی قرار می گیرند. عوامل مربوط به فاصله ی نقاط از کانون زلزله تحت عنوان “تاثیر مسیر” و عوامل مربوط به لایه های آبرفتی واقع بر سنگ بستر تحت عنوان “اثر ساختگاه” شناخته می شوند. اثرات ساختگاه به صورت تشدید امواج زلزله و تغییر در خصوصیات امواج لرزه ای مانند دامنه، فرکانس و طول دوام جنبش نیرومند خودنمایی می کنند.
امروزه از زلزله به عنوان یکی از مخرب ترین عوامل طبیعی که باعث تخریب سازه های ساخت بشر می گردد، نام برده می شود. اگر چه در مورد علل اصلی ایجاد زلزله فرضیات مختلفی وجود دارد ولی هنوز قطعیت آن ها به اثبات نرسیده است اما با پیشرفت علم و به ویژه علوم مهندسی عمران و مهندسی زلزله با ثبت حرکات لرزه ای زمین در اثر زلزله های به وجود آمده و خرابی های ایجاد شده در سازه های مختلف اطلاعات زیادی در مورد چگونگی عملکرد امواج زلزله موجود می باشد.
در 19 سپتامبر سال 1985 زلزله ای با بزرگای 8.1 ریشتر در مکزیک به وقوع پیوست که گرچه در مرکز خود (سواحل اقیانوس آرام) خرابی متوسطی ایجاد کرد اما صدمات شدیدی در 350 کیلومتری آن در مکزیکو سیتی داشت.
به دنبال وقوع زمین لرزه 21 آبان ماه 1396 در سر پل ذهاب کرمانشاه و اعزام گروه های مختلف کارشناس جهت ارزیابی و بررسی جنبه های مختلف این زلزله مشاهده شد که توزیع خرابی ها در این منطقه یکنواخت نبوده و تفاوت چشم گیری در نقاط مختلف شهر حتی با وجود نوع سازه ها دارد. دو روند خرابی کاملا متمایز در شهر دیده می شد به طوری که در مناطق شمال بلوار اصلی شهر خرابی ها ناچیز و عمده مناطق دیگر با آسیب شدید مواجه شده اند. به عنوان نمونه در انتهای غربی شهر سر پل ذهاب به سمت قصر شیرین در حد فاصل پای دامنه کوه تا کناره رودخانه دو مجموعه ساختمان های مسکن مهر که یکی در مجاورت دامنه ارتفاعات سنگی و دیگری در مجاورت رودخانه ساخته شده است کاملا رفتارهای متفاوتی از خود نشان داده بودند. مجتمعی که در مجاورت رودخانه قرار داشته است دچار آسیب زیاد در اجزای سازه های و آسیب خیلی زیاد در اجزای غیر سازه ای شده بود در حالیکه مجتمع دیگر بدون آسیب سازه ای و آسیب غیر سازه ای کمی دیده بود. از نظر زمین شناسی شهر سرپل ذهاب در خط القعر یک ناودیس با روند شمال غرب-جنوب شرق قرار گرفته است. یال شمالی این ناودیس با نام کوه میانکال و لایه های با شیب برگشته مرز شمالی شهر را به وجود آورده است و رودخانه الوند با قطع این کوه از میان شهر می گذرد. بیشتر مناطق شهر به ویژه در ضلع جنوبی بلوار اصلی بر روی نهشته های غالباً ریزدانه این رودخانه ساخته شده اند. ضخامت این نهشته ها به سمت خط القعر ناودیس و با دور شدن از ارتفاعات شمالی بیشتر می شود که به نظر می رسد تشدید جنبش زمین در این نواحی و تخریب شدید را به دنبال داشته است.

نمایی از زلزله کرمانشاه
نمایی از زلزله کرمانشاه

تاثیر ساختگاه در زلزله

 

متاسفانه در آیین نامه های لرزه ای و ژئوتکنیکی کشور، اشارات مختصری به تاثیرات عظیم اثر ساختگاه بر تغییر رفتار بستر گردیده و صرفا بر اساس متوسطی از مشخصات مکانیکی لایه های آبرفتی، رفتار بستر در قالب 4 نوع تیپ خاک مختلف گنجانیده شده است.
در هنگام وقوع زلزله، انرژی انباشته شده در ناحیه کانونی به شکل امواج لرزه ای آزاد می شوند. در خلال یک زلزله آبرفت ها با ساختارهای متفاوت دارای پاسخ های متفاوت هستند. هم چنین طبق تحقیقات به عمل آمده مشخص شده است که برای یک زمین لرزه مشخص در ایستگاه های مختلف پاسخ ها متفاوت هستند، زیرا که ویژگی ساختگاه ها متفاوت است. هم چنین برای زمین لرزه های متفاوت یک ساختگاه تقریبا همان نگاشت را نشان می دهد.
خصوصیت زمین شناسی ساختگاه مهم ترین عامل تاثیر گذار بر پاسخ های لرزه ای می باشد، به عنوان مثال هنگامی که ساختار محیط به صورت لایه های افقی باشد، فقط امواج حجمی که در لایه های سطحی به بالا و پایین حرکت می کنند به دام می افتند ولی هنگامی که ساختار دو یا سه بعدی باشد یعنی ناهمگنی جانبی نیز وجود داشته باشد امواج سطحی که در این ناهماهنگی ایجاد میشوند نیز به دام می افتند.
تداخل بین این امواج منجر به پدیده تشدید شده که شکل و فرکانس این الگوها بستگی به خواص هندسی و مکانیکی ساختار مورد نظر دارد.
پارامترهای اصلی که در شناخت ساختگاه موثر می باشند عبارت است از هندسه لایه ها (ضخامت و ناپیوستگی لایه ها)، شکل توپوگرافی، خصوصیات فیزیکی، دینامیکی و مکانیکی مصالح سنگی و خصوصیت خاکها می باشد.
نتایج پژوهش های مختلف بیان می دارد که در حالت کلی خاک های نرم تر تابع تقویت بزرگتری دارند، البته باید به این نکته توجه کرد که در شرایطی که خاک سختی وجود داشته باشد که فرکانس طبیعی آن با فرکانس سنگ بستر یکسان باشد، جمله قبلی صادق نبوده و این خاک سخت تر است که تابع تقویت بزرگ تری دارد و دچار پدیده تشدید می شود و هم چنین مدت لرزش در سطح زمین به طور معمول بیش تر از مدت لرزش در سنگ بستر می باشد که این زمان با میزان نرمی و ضخامت خاک متناسب است. بررسی زلزله های مختلف تایید کرده که مدت زمان لرزش نقش عمده ای در میزان خرابی ناشی از روانگرایی دارد و از این نظر میتوان گفت میزان خرابی سازه ها در خاک نرم بیش تر از خرابی بر روی خاک سخت می باشد.
طبق نتیجه پژوهش ها با استفاده از نرم افزار EERA لایه بندی خاک نزدیک به سطح زمین در تشدید یا تضعیف نیروی زلزله تأثیر بسزایی دارد. همان گونه که مشاهده می شود، با تغییر لایه ی نزدیک به سطح زمین و تغییر از ماسه به رس، منحنی پاسخ حرکت زمین تشدید می یابد که این بدین دلیل است که خاک نرم، میرایی کمتری داشته و باعث تشدید بیشتر در حرکت زلزله می شود.

 

همچنین با افزایش ضخامت خاک به دو برابر، با فرض درشت دانه بودن خاک نزدیک به سطح زمین، مشاهده گردید که حرکت در سطح زمین تضعیف می شود؛ این مسئله به اینگونه قابل توضیح است که با افزایش ضخامت لایه های میراگر خاک(ماسه و شن)، موج ناشی از زلزله تا رسیدن به سطح زمین کاهش می یابد و شاهد کاهش نسبت تشدید زلزله هستیم.

مقایسه ی دیگر با تغییر شتاب ورودی زلزله انجام گرفت. تغییر شتاب ورودی زلزله، در پاسخ زمین تأثیرگذار است. بدین صورت که با کاهش شتاب ورودی، پاسخ زمین تشدید مییابد؛ چراکه زلزله های خفیف تشدید بیشتری نسبت به زلزله های قوی ایجاد می کنند. برای توجیه این موضوع میتوان عامل میرایی را دخیل دانست، زیرا در زلزله های خفیف کرنش های کوچک ایجاد می شود و در کرنش های کوچک میرایی کمی فعال می شود ولی در زلزله های بزرگ، کرنش های بزرگ ایجاد میشود که میرایی زیادی ایجاد می کنند که باعث کاهش حرکت زمین میگردد. این موضوع در منحنی زیر مشهود است.

 

و در نهایت نیز به مقایسه ی انواع خاکها در آیین نامه ی 2800، پرداختیم. با کاهش سرعت موج برشی و به عبارت دیگر نرم تر شدن خاک، پاسخ ها درفرکانس های پایین، تشدید بیشتری می یابد؛ زیرا در فرکانس های پایین، کرنش های کوچک ایجاد می شود و در کرنش های کوچک میرایی کمی فعال می شود و حرکت زلزله نسبت به حرکت ورودی در سنگ بستر افزایش می یابد.

 

روش های بهسازی لرزه ای خاک

در طراحی بهسازی خاک بستر سازه ها اکیداً توصیه می گردد کانتراست لایه ای (تفاوت سختی لایه های مجاور) مد نظر قرار گرفته و از آن پرهیز گردد. در صورت طراحی نادرست، تأثیرات مخرب اساسی آن در تشدید و افزایش شتاب ها و پاسخ های طیفی سازه و بستر ممکن است بیشتر از مزایای بهسازی در شرایط استاتیکی باشد.
نوع روش بهسازی با تغییر در سختی لایه سست بر پارامترهای لرزه ای تأثیر گذار است و باید دقت کافی در اعمال روش صحیح به کار گرفته شود.
یکی از بهترین روش های بهسازی خاک برای مقابله با اثرات ساختگاهی بهسازی به وسیله میکروپایل می باشد.

نتیجه گیری

مشاهده شده که در یک زلزله ی خاص، خرابی گسترده ای در بعضی نواحی و خرابی های جزئی در دیگر مناطق بوجود آمده است؛ و این موضوع بر اهمیت اثرات محلی ساختگاه دلالت دارد.

با توجه به پاسخهای به دست آمده از تحلیلهای نرم افزاری، نتایج زیر حاصل شد:

  • یک زلزله با توجه به ویژگی های خاک، می تواند در فرکانسهای مشخصی تشدید و یا تضعیف شود.
  • با تغییر پروفیل خاک نزدیک به سطح زمین ، منحنی طیف پاسخ حرکت زمین تغییر می یابد که این پدیده به دلیل تفاوت میزان میرایی درخاکهای مختلف است.
  • زلزله های خفیف تشدید بیشتری نسبت به زلزله های قوی ایجاد میکنند و خطرآفرین تر هستند. زیرا تغییرات شتاب ورودی زلزله، در پاسخ زمین تأثیرگذار است و کاهش شتاب ورودی، پاسخ را در سطح زمین افزایش میدهد.
  • خاکهای شنی عموما دارای سختی اولیه ی بالاتری نسبت به ماسه ها و ماسه ها بیشتر از رس ها هستند؛در نتیجه میرایی شنها و ماسه ها بیشتر از خاک های رسی است.
به اشتراک بگذارید:

2 دیدگاه برای “تاثیر ساختگاه در زلزله

  1. علیرضا گفته:

    آیا روش های دیگه ی بهسازی خاک هم میتونه برای مقابله با اثر ساختگاه مفید باشه؟؟
    اگر جوابتون مثبت هست چه روشی؟؟
    ممنون.

    • jalayi گفته:

      با سلام و احترام
      بله از تمامی روش های بهسازی خاک میتوان استفاده کرد که بسته به شرایط امکاناتی و اقتصادی هر پروژه متفاوت خواهد بود.
      برای اطلاعات بیشتر رجوع کنید به بهسازی خاک

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert