بخشی از مقاله
چکیده :
طراحی سازه های زیرزمینی مقاوم در برابر زلزله نیازمند توجه فراوان، دانش مهندسی و تجربه است. عموما سازه های زیر زمینی مقاومت بیشتری نسبت به سازه های روی زمین در مقابل زلزله دارند و از این رو در مواجه با زلزله
دستخوش تغییرات و تخریب کمتری می شوند از سوی دیگر به جهت احداث و اجرا در زیر زمین علاوه بر اشغال بسیار کم فضا اثرات سو زیست محیطی بسیار کمتری دارند به همین دلیل هم بسیاری از کشورهای توسعه یافته جهان اصرار به ساخت و استفاده از اینگونه سازه ها دارند×؟ این دسته از سازها ، بگونه ای طراحی و ساخته میشوند که توان ایستادگی و مقاومت در برابر بارهای استاتیکی و بارهای جانبی ناشی از زلزله را داشته باشند و از همین جهت است که آنالیز رفتار سازه در برابر زمین لرزه نقش بسزایی در طراحی آن دارد؟ بررسی وضعیت پایداری تونل ها و سایر سازه های زیرزمینی در اثر ارتعاشات، یکی از مسائل مهمی است که در هنگام طراحی باید به آن دقت ویژ های شود.
واژه های کلیدی : سازه ، زلزله ، تونل ، ارتعاشات زمین ، امواج زلزله
-1 مقدمه :
سازه های زیرزمینی خصوصیاتی دارند که رفتار لرزه ای آن ها را از اکثر سازه های سطحی متمایز می نماید . برجسته ترین این خصوصیات محصورشدگی کامل آن ها در خاک یا سنگ و نیز طول قابل توجه آنها است .بنابراین طراحی تسهیلات زیرزمینی برای مقاومت در برابر بارگذاری لرزه ای نسبت به طراحی لرزه ای سازه های سطحی دارای جنبه های بسیار متفاوتی می باشد .این سازه ها در سه گروه که دارای روش های ساخت و خصوصیات طراحی متفاوتی هستند، دسته بندی می شوند: -1: تونل های حفاری شده، -2 تونل های حفر و پوش و3 -تونل های لوله ای یا مجرایی فرو برده شده. روش حفاری یا کندن در موقعیت هایی از جمله عمق زیاد حفاری و وجود سازه های فوقانی به روش حفر و پوش ترجیح داده می شود .تونل های حفاری شده بدون ایجاد اثرات مهمی بر زمین بالای ناحیه ی حفاری ساخته می شوند، که از این لحاظ منحصر به فرد هستند .تونل های حفاری شده با استفاده ازماشین های حفرتونلعموماً مستدیر هستند، سایر تونل ها می توانند به شکل مستطیلی یا نعل اسبی باشند. ونگ در مورد عملکرد سازه ها در طول زلزله 1976 تانی -شان با بزرگی 7/8 ریشتر تحقیقاتی انجام داد .نتایج مشاهدات این محقق نشان داد میزان خسارت وارده به ساز ههای زیرزمینی تا عمق 500 متر، بصورت نمایی کاهش یافته است .اشمیت این پدیده را به دو عامل اصلی افزایش تراکم توده سنگ و خاک با عمق و کاهش شدت لرزش زمین با افزایش عمق مربوط دانست. شارما نیز 192 مورد مشاهده در مورد خرابی تونل ها در هنگام زلزله در سراسر جهان جمع آوری کردند .در 132 مورد خرابی از این 192 مورد، تأثیر عمق روباره بر روی خرابی ها بررسی شده است. بر اساس نتایج با افزایش ارتفاع روباره، خرابی کمتری گزارش شده، پارامترهایی که در مطالعه خرابی سازه های زیر زمینی مورد بررسی قرار می گیرد عبارتند از - : - kagan2002 , lwatate 1997
- شکل ، ابعاد و عمق سازه
- خصوصیات و نوع خاک یا سنگهایی که اطراف سازه را محاصره کردند
- خصوصیات سازه
- شدت زلزله
- 2 شرح و بیان تحقیق :
انرژی آزاد شده در زلزله، به صورت امواج در زمین پراکنده گردیده و باعث تحریک سازه های دور از کانون زلزله میشود .بررسی این امواج به صورت کلی، امری است بسیار دشوار که در عمل برای سهولت، امواج به یکسری امواج ساده تر تجزیه می گردند .امواج زلزله از نوع امواج الاستیک هستند و بر حسب کرنش ایجاد کننده به دو نوع حجمی و سطحی تقسیم می گردند. امواج زلزله از نوع امواج الاستیک هستند .چنانچه به نقطه ای از یک قطعه سنگ نیرویی اثر کند که این نیرو از حد الاستیک آن سنگ تجاوز ننماید، تغییر شکل بسیار کمی در محل اثر نیرو پدیدار می شود که این تغییر به نقطه مجاور منتقل شده و به همین ترتیب به سایر نقاط انتشار می یابد. ماهیت انتشار امواج الاستیک در سنگ ها به وسیله مشخصاتی از قبیل :سرعت انتشار امواج، ضریب جذب امواج صوتی، دامنه موج و ضریب بازتاب و شکست امواج در سطح فصل مشترک دو محیط سنگی تعیین می شود .سرعت امواج طولی و عرضی از
روابط زیر به دست می آید :
در رابطه فوق و به ترتیب سرعت امواج طولی - اولیه - و امواج عرضی - ثانویه - می باشند - بر حسب متر بر ثانیه - .E مدول الاستیسیته ، ضریب ثابت ماده - ثابت لامه - ، ضریب پواسون و g شتاب گرانشی می باشد.که داریم :
این نسبت در سنگ های دگرگونی و آذرین بلوری بین 1/7 تا 1/9 است، در صورتی که برای سنگ های رسوبی از 1/4 تا 1/5 و برای سنگ های ضعیف تا سست به 0/5 می رسد - . - Gursoy 1996
عوامل ایجاد خسارت در تونل ها ناشی از زلزله به سه دسته تقسیم می شوند - : - Salam 1994
الف - لغزش گسل : در این حالت خرابی زمانی رخ می دهد که تونل از منطقه گسلی عبور کند. در چنین وضعیتی، خرابی به ناحیه گسلی محدود شده و خسارت ممکن است از ترک خوردگی جزئی پوشش تونل تا ریزش کامل سقف و دیواره های تونل تغییر کند. به این علت که تونل ها سازه های خطی و طویلی هستند بنابراین، در طول مسیر خود ممکن است با گسل هایی در تقاطع باشند که این امر موجب افزایش آسیب پذیری تونل ها می شود. بنابراین می بایست
ساختگاهی که برای ساخت یک تونل انتخاب می شود از لحاظ وجود گسلف نوع گسل، تعداد گسل های فعال و همچنین نوع حرکت این گسل ها مورد ارزیابی کامل و دقیق قرار گیرد.در جدول زیر جابجایی گسل ها در چند زلزله بررسی می شود :
