بخشی از مقاله
مقدمه
یکـی از علـل اصـلی خرابیهـا در خـلال زلزلـه گسـیخته شـدن زمـین مـی باشـد. گسـیختگی زمـین ممکن است به واسطه وجـود ترکهـا و شـکافها، حرکـات غیـر طبیعـی و یـا نامسـاوي و یـا از دسـت دادن مقاومت آن بوقـوع پیونـدد. پدیـدة کـاهش و حتـی از بـین رفـتن کامـل مقاومـت برشـی خـاك در زمین هـاي ماسـه اي غیـر متـراکم و اشـباع بـه علـت افـزایش فشـار آب حفـره اي، روانگرایـی30
خاك نامیـده مـی شـود. در ایـن حالـت روان شـدن زمـین بصـورت سـیلان و جوشـش ماسـه ظـاهر می شود. چنین پدیـده اي در غالـب زلزلـه هـا مشـاهده گردیـده اسـت. هنگـامی کـه خـاك بـه ایـن حالـت در مـی آیـد سـازه هـاي بنـا شـده در روي آن ناپایـدار مـیگردنـد. در زلزلـه نیگاتـا31 (ژاپـن
(1964 بعضی از ساختمانها تـا 30 درجـه نسـبت بـه افـق در اثـر وقـوع ایـن پدیـده منحـرف شـدند.
مـوارد متعـددي از پدیـدة روانگرایـی در زلزلـه رودبـار ـ منجیـل در خـرداد 1369 بوقـوع پیوسـت که توسط محققین مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.[1]
روشهاي مختلف تعیین پتانسیل روانگرایی
روش هاي عمده در تعیین پتانسیل روانگرایی به شرح زیر می باشند:
-1 روشهاي مبتنی بـر پایـه تحلیـل دینـامیکی طیفـی زلزلـه و مقایسـه تـنش برشـی وارده بـر المـان خاك بر اثـر زلزلـه بـا تـنش برشـی مولـد سـیلان (مقاومـت برشـی آن المـان) در آزمایشـات تنـاوبی
(سه محوري سیکلی، برش سـادة سـیکلی، میـز ارتعـاش، سـانتریفیوژ). ایـن روشـها نسـبتاً دقیـق مـی باشند و از پشتوانه تئوري محکم و قابل اعتمادي برخوردارند.
-2 روشهاي مبتنی بر انجام آزمایشات صحرایی نظیر آزمایش انفجار استاندارد.
-3 روشهاي آمـاري بـا اسـتفاده از داده هـاي ثبـت شـده در محـل هـایی کـه قـبلاً زلزلـه رخ داده و در معرض وقوع پدیدة روانگرایی قرار داشته اند.
هـر یـک از روشـهاي فـوق داراي معایـب و مزایـایی هسـتند کـه متناسـب بـا اهمیـت کـاربرد مـورد توجـه قـرار مـی گیرنـد. مشـکلات عمـدة دسـته اول تهیـه نمونـه هـاي دسـت نخـورده اي از ماسـه سســت و نیمــه متــراکم اشــباع و هزینــه بــالاي انجــام آزمایشــات دینــامیکی اســت. در روش دوم محـدودیتهاي منطقـه اي مشـکل عمـدة انجـام آزمایشـات هسـتند. دسـته سـوم کـه مبتنـی بـر روش هــاي نــوین آمــاري و بــر اســاس مشــاهدات قبلــی اســتوار اســت محــدودیتهاي دو دســته قبــل را پوشش داده است. از آن جملـه مـی تـوان بـه روش هـاي پیشـنهادي توسـط بازیـار32 ،ایشـی هـارا33،
سید34 و همکـاران، توکیماتسـو35، گـه36 و روش شـبکه عصـبی مصـنوعی اشـاره کـرد. در ایـن بـین، روش شبکه عصـبی مصـنوعی ابـزاري موفـق و قابـل اعتمـاد در پـردازش اطلاعـات حتـی بـا وجـود پارامتر هاي مختلف مؤثر و پیچیدگی روابط بین آنها می باشد.
Liquefaction ٣٠ Niigata ٣١
Baziar, M.H. ٣٢
Ishihara, K. ٣٣
Seed, H.B. ٣٤
Tokimatsu, K. ٣٥
Goh, A .T.C. ٣٦
191
پیش بینی بروز روانگرایی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی
پارامترهاي موثر بر پتانسیل روانگرایی
-1 نحــوة توزیــع انــدازة ذرات: ماســه هــاي ریزدانــه و یکنواخــت در مقایســه بــا ماســه هــاي درشت دانه تر، تحت شرایط یکسان، آمادگی و قابلیت بیشتري جهت روان شدن دارند.
-2 میـزان دانسـیته نسـبی اولیـه تـودة ماسـه: بـا افـزایش دانسـیته نسـبی اولیـه مصـالح، مقـادیر نشست ها و فشـار آب حفـره اي هـر دو بـه میـزان قابـل ملاحظـه اي در بارگـذاري هـاي ارتعاشـی تقلیل می یابند. بنابراین احتمـال وقـوع پدیـدة روانگرایـی بـا افـزایش دانسـیته نسـبی و تـراکم ماسـه کاهش پیدا خواهد کرد.
-3 خصوصـیات و ماهیـت بارهـاي ارتعاشـی: نشسـت هـاي ایجـاد شـده در ماسـه تحـت اثـر ارتعاشات افقی به مراتـب بیشـتر از ارتعاشـات قـائم مـی باشـد. همچنـین طـول مـدت زلزلـه یـا بـه عبارتی مدت زمانی کـه ماسـه در حالـت مـایع بـاقی مـی مانـد رابطـه مسـتقیمی بـا میـزان خسـارت هاي وارده به سازه ها ناشی از پدیدة روانگرایی دارد.
-4 موقعیـت زهکشـها و ابعـاد تـودة ماسـه: در خـلال بارگـذاري دینـامیکی تـودة ماسـه اي بـا ابعاد وسیع ممکن است مانند یـک لایـه غیـر زهکـش عمـل کنـد بنـابراین احتمـال وقـوع روانگرایـی افزایش می یابد.
-5 ماهیـت و مقـدار بارهـاي وارده: اعمـال تـنش هـاي همگـن بـر تـودة ماسـه موجـب ایجـاد تنش هاي موثر اولیه در خاك خواهد شد که احتمال وقوع روانگرایی را کاهش می دهد.
-6 روش و نـوع شـکل گـرفتن تـودة ماسـه (اثـر فابریـک): خصوصـیات روان شـدگی ماسـه هـاي اشـباع تحـت بارهـاي سـیکلی بـه مقـدار قابـل ملاحظـه اي وابسـته بـه روش تهیـه نمونـه و بافت و ساختمان ماسه دارد.
-7 مـدت شـکل گیـري تـودة ماسـه: ماسـه دسـت نخـورده در مقابـل ماسـه بازسـازي شـده از همان نوع، تا 75 درصد افزایش مقاومت در برابر روان گرایی از خود نشان می دهد.
-8 سابقه تغییر شکل هاي نسبی قبلـی: تغییـر شـکل هـایی کـه ماسـه در اثـر زلزلـه هـاي گذشـته متحمل شده است، باعث افـزایش تـا حـدود 1/5 برابـر تنشـهایی کـه مولـد روان گرایـی مـی باشـند خواهد شد.
-9 حبابهاي هـواي محبـوس بـین ذرات: وجـود حبـاب هـاي هـواي محبـوس بـین ذرات ماسـه باعث کاهش احتمال وقوع روانگرایی خواهد شد.[1]
192
مجموعه مقالات نهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران، دانشگاه تربیت معلم تهران، 1384
انتخاب پارامتر هاي مستقل مؤثر بر پتانسیل روانگرایی
در روشـهاي تحلیلـی تئوریـک، پتانسـیل روانگرایـی بـر اسـاس مقایسـه بـین تـنش برشـی وارده بـر المـان خـاك بـر اثـر زلزلـه و تـنش برشـی قابـل تحمـل توسـط خـاك تعیـین مـی شـوند. بطوریکـه مهندسـین محاسـب در هـر عمقـی کـه تـنش برشـی حاصـل از زلزلـه بـا اعمـال ضـریب اطمینـان مناسـب بـیش از تـنش برشـی قابـل تحمـل توسـط خـاك شـود؛ وقـوع روانگرایـی را در آن عمـق محتمل می دانند.
دراین مقاله، براي طراحـی شـبکه عصـبی سـعی گردیـده اسـت کـه پارامترهـایی انتخـاب شـوند کـه اولاً مســتقل باشــند و ثانیــاً بتواننــد همپوشــانی مناســبی در ارزیــابی پتانســیل روانگرایــی بــر اســاس پارامترهـاي مـوثر کـه در بـالا توضـیح داده شـده اسـت داشـته باشـند. بـر ایـن اسـاس پارامترهـاي مستقل مؤثر بر پتانسیل روانگرایی به شرح زیر مورد استفاده قرار گرفته است:
-1 پارامترهاي مربوط بـه زلزلـه: شـتاب (حـداکثر تغییـر مکـان افقـی در نزدیکـی سـطح زمـین و ثبت شده توسـط شـتاب نگاشـت) و بزرگـی زلزلـه در مقیـاس ریشـتر کـه بیـانگر انـرژي زلزلـه مـی باشد .
-2 پارامترهــاي مربــوط بــه خــاك: فشــار کــل و مــوثر خــاك از پارامترهــاي مــوثر در پدیــدة روانگرایی می باشد که تفـاوت ایـن دو نشـانگر فشـار آب منفـذي یـا بـه عبـارتی شـرایط سـطح آب زیر زمینی است. پارامتر موثر دیگـر، مقاومـت برشـی خـاك مـی باشـد کـه در خـاك هـاي ماسـه اي بر اساس میزان درصـد تـراکم نسـبی و یـا زاویـه اصـطکاك داخلـی تعیـین مـی شـود. در آزمایشـات صـحرایی مقـادیرSPT و CPT نمایـانگر مقاومـت برشـی خـاك ماسـه اي مـی باشـند کـه مقـادیر
SPTاصـلاح شـدة خـاك بـه عنـوان پـارامتر مقـاومتی خـاك مـد نظـر قـرار گرفتـه اسـت. از دیگـر پارامترهـاي مـوثر، درصـد ریزدانـه (رد شـده از الـک (#200 در خـاك ماسـه اي مـی باشـد کـه بـه دلیل ایجاد چسبندگی در آن، پتانسیل روانگرایی خاك کاهش می یابد.
جمع آوري داده ها و آماده سازي آنها
در این مقاله، از میـان اطلاعـات نسـبتاً زیـادي کـه در خصـوص پدیـدة روانگرایـی گـزارش گردیـده اسـت، گزارشـهایی را کـه پارامترهـاي مسـتقل مـوثر و تنـوع کـافی از هـر یـک از آنهـا را مـد نظـر قرار داده اند به شرح زیر مورد استفاده قرار گرفته است:
-1 اطلاعات مربوط به شهر آستانه پس از زلزله 1369 منجیل .[2] -2 اطلاعات جمع آوري شده توسط سید و ادریس.
-3 اطلاعات ارائه شده توسط گه.
-4 اطلاعات ارائه شده توسط کاین37 و دیگران. -5 اطلاعات ارائه شده توسط میشل38 و دیگران. -6 اطلاعات ارائه شده توسط شیباتا39 و تپاراکسا.40
Kayen ٣٧
Mitchell, J.K. ٣٨
193
پیش بینی بروز روانگرایی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی
-7 اطلاعات ارائه شده توسط چارلی.41
اطلاعات جمع آوري شده توسط توکیماتسو و یوشیمی8− .42
اطلاعـات مـذکور بایسـتی همگـون شـده و در صـورت لـزوم اصـلاح شـوند. پارامترهـاي بزرگـی و شـتاب زلزلـه، تـنش کـل و مـؤثر خـاك و درصـد ریزدانـه بـدون تغییـر منظـور گردیـده اسـت. لازم اسـت مقـادیرSPT بـا ضـرایب تصـحیح فشـار روبـار و انـرژي اعمـال شـده در محاسـبات منظـور گـردد. در ایـن مقالـه، مقـادیر اصـلاح شـدة آزمایشـاتSPT مربـوط بـه اطلاعـات شـهر آسـتانه و توکیماتسو و یوشیمی از مقالـه حـائري و کریمـی کـه بـا فـرض انتقـال 60% انـرژي چکـش همگـون شده بودند، منظور گردیده است (براي توضیحات بیشتر به مرجع 2 رجوع شود).
مقـادیر CPT گـزارش شـده توسـط کـاین و چـارلی بـا اسـتفاده از روابـط همبسـتگی اشـمارتمن43،
که در ذیل آمده است به مقادیر معادل SPT تبدیل و منظور شده اند:
