بخشی از مقاله
خلاصه
سازههاي مهندسی، در برخی موارد به ناچار بر روي گسلهاي فعال ساخته میشوند و پدیده گسلش اغلب با آسیب به آنها همراه میباشد. به منظور محافظت سازهها در برابر آسیبهاي اعمالی از گسل، استراتژيهاي ژئوتکنیکی کاهش خطرات را میتوان بکار برد. در این مقاله، تأثیر سه راهکار به منظور کاهش خطرات ناشی از گسل معکوس بر روي پیهاي سطحی بررسی شده است. این راهکارها شامل بلوك خاك-سیمان در زیر پی، ترانشه عمودي در مجاورت پی و همچنین لایههاي ژئوگرید در زیر پی میباشند.
راهکار ترانشه بسته به مقدار جابجایی گسل، عمق ترانشه، عمق کارگذاري پی، تعداد ترانشهها و نوع مصالح پرکننده میتواند براي محدودهاي از موقعیت پی نسبت به گسل موثر باشد. زون مسلح شده با لایههاي ژئوگرید از شکلگیري یک گسیختگی جلوگیري نموده و جابجاییهاي گسل را در یک زون وسیعتر پخش کرده است، اما مشابه راهکار بلوك خاك-سیمان، تأثیر خاصی در کاهش خطرات ناشی از گسل معکوس نداشتهاند.
کلمات کلیدي: گسلش معکوس، پی سطحی کارگذاري شده در عمق، راهکار کاهش خطرات، مدلهاي سانتریفیوژ
.1 مقدمه
تحقیقات زیادي به منظور بررسی رفتار اندرکنشی بین گسیختگی ناشی از گسل و پی انجام شده است. تأکید این تحقیقات بیشتر بر روي بررسی رفتار اندرکنش بین گسل و سازهها بوده است. نتایج این تحقیقات تاکنون موجب شده است که پارامترهاي موثر بر روي رفتار مذکور تعیین شوند. از جمله این پارامترها میتوان به پیوستگی پی سازهها، صلب بودن پی و همچنین وزن پی و سختی سازه اشاره نمود. این یافتهها کمک زیادي به درك رفتار سازهها در برابر گسلش و همچنین تغییر نگرش در طراحی ساختمانهاي واقع در نواحی گسلی گردید. همچنین، پس از انجام این تحقیقات مشخص شد که براي ساختمانهاي موجود در این نواحی میتوان با اصلاح اجزاي سازهاي آنها بطور مثال صلب نمودن پی، عملکرد سازهاي آنها را در برابر گسلش بهبود بخشید. هرچند، امکان اصلاح و بهسازي براي تمامی سازههاي موجود در این نواحی وجود ندارد و همچنین با توجه درخواست افزایش ساخت و ساز بخصوص در مناطق شهري و استفاده حداکثر از زمینهاي موجود، دوري از ساخت و ساز ساختمانها از مناطق با پتانسیل خطر آسیب بالا دشوارتر شده است. در نتیجه باید راهکارهاي دیگري نیز به منظور ساخت و ساز در نواحی نزدیک به گسلهاي بالقوه فعال یا بهسازي سازههاي موجود در این نواحی اتخاذ نمود. در این خصوص، تعدادي راهکار کاهش خطرات گسلش توسط [1]، [2]، [3]، [4] و [5] پیشنهاد شده است. اساساً این راهکارها بایستی با پخش نمودن جابجایی گسل یا دور نمودن آن از ساختمان، از رسیدن گسیختگی به زیر پی جلوگیري نمایند و در نهایت، موجب کاهش دوران پی و همچنین مانع از تشکیل فضاي خالی زیر پی شوند. در اینصورت، این راهکارها موجب کاهش خطر وارده به ساختمان در اثر وقوع گسیختگی ناشی از جابجاییهاي تکتونیکی خواهند شد. لذا، میتوان با استفاده از این راهکارها، به ایمنی ساخت و ساز در نواحی گسلی کمک نمود.
.2 مسئله مورد بررسی و تجهیزات مورد استفاده
در این تحقیق، سه راهکار به منظور کاهش اثرات گسلش معکوس بر روي پیهاي سطحی کارگذاري شده در عمق مورد بررسی قرار گرفته است.
تمامی این راهکارها جنبه ژئوتکنیکی دارند که شامل کارگذاري بلوك پیوسته خاك-سیمان در زیر پی، حفر ترانشه عمودي پرشده با مصالح با مقاومت برشی کم در مجاورت پی و اجراي لایههاي مسلح کننده ژئوگرید در زیر پی میباشند. راهکار بلوك خاك-سیمان مخلوطی از آب، سیمان و خاك ماسهاي میباشد که بصورت یک بلوك و معرف ناحیه تزریق شده در زیر پی کار گذاشته میشود. راهکار ترانشه نیز شامل حفر یک ترانشه عمودي در مجاورت پی - بخش فرادیواره و در فاصله بین ناپیوستگی گسل در سنگ بستر تا پی - میباشد. بعد از حفر ترانشه، سه نوع مصالح مختلف به عنوان پرکننده مورد بررسی قرار گرفتند که شامل مصالح دانهاي سبک1، مخلوط آب و کائولینیت - مخلوط رسی - و صفحات پلیاسترن2 میباشند. راهکار سوم نیز شامل اجراي چند لایه مسلح کننده ژئوگرید با طولهاي مختلف در زیر پی میباشد. تمامی آزمایشها با استفاده از مدلسازي در محیط سانتریفیوژ دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تهران انجام شدهاند. این آزمایشها به منظور تعیین کارایی و میزان مؤثر بودن راهکارهاي پیشنهادي و همچنین محدوده عملکرد آنها براي کاهش خطرات ناشی از گسلش معکوس بر روي پیهاي سطحی کارگذاري شده در عمق انجام شدهاند.
به منظور انجام آزمایشها در محیط سانتریفیوژ از یک جعبه دوبخشی شبیهساز گسلش استفاده شده است. این جعبه قابلیت انجام آزمایش با زوایاي شیب مختلف گسل °45 - ، °60، °75 و - 90° و در شرایط ثقل بالا - تا - 80g را فراهم آورده است. توضیحات تکمیلی در خصوص این جعبه توسط [6] ارائه شده است. ضمناً مصالح خاکی و سایر تجهیزات مورد استفاده در این آزمایشها نیز در [6] آورده شده است.
.3 برنامه آزمایشها
در این تحقیق، به منظور بررسی راهکارهاي کاهش خطرات، 8 آزمایش سانتریفیوژ انجام شده است. در این راستا براي بررسی عملکرد این راهکارها نیاز به مقایسه نتایج آنها با یک سري نتایج آزمایشهاي میدان آزاد و اندرکنشی میباشد که مشخصات تمامی آنها در جدول 1 ارائه شدهاند.
آزمایشهاي میدان آزاد - آزمایشهاي MA-04 و - MA-12 به منظور تعیین موقعیت پی نسبت به بیرونزدگی گسیختگی گسل در سطح زمین به ترتیب براي دو زاویه شیب گسل 60° و 75° انجام شدهاند. آزمایشهاي MA-10 و MA-13 که آزمایشهاي اندرکنشی بین پی و گسیختگی گسل معکوس میباشند نیز به عنوان مرجع براي آزمایشهاي کاهش خطرات انجام شدهاند. 8 آزمایش سانتریفیوژ دیگر نیز آزمایشهاي کاهش خطرات میباشند که به منظور بررسی تاثیر راهکارهاي پیشنهادي کاهش خطرات گسل معکوس بر روي پیهاي سطحی کارگذاري شده در عمق انجام شدهاند.
تمامی آزمایشها بر روي مدلی با عمق خاك 12 متر - در مقیاس واقعی - و تراکم نسبی %60 انجام شدهاند. پی سطحی به عرض 8/5 متر با فشار باربري q و عمق کارگذاري 2/6 متر - نسبت - D/B=0.3، در موقعیت s نسبت به بیرونزدگی گسیختگی گسل در شرایط میدان آزاد قرار گرفته است. سایر مشخصات آزمایشهاي مذکور در جدول 1 ارائه شده است.
.4 نتایج آزمایشهاي کاهش خطرات
در این بخش، نتایج عملکرد راهکارهاي پیشنهادي به منظور کاهش خطرات ناشی از گسلش معکوس بر روي پیهاي سطحی با عرض 8/5 متر و عمق کارگذاري 2/6 متر بررسی شده است. عمق کارگذاري ساختمان برابر D/B=0.3 بوده که معادل ساختمانی با یک طبقه زیرزمین است.
.4 عملکرد بلوك خاك - سیمان
در این بخش، پی با فشار باربري 40 kPa - معادل یک ساختمان 4 طبقه - مورد استفاده قرار گرفته است. فاصله بین گوشه سمت چپ این پی و موقعیت بیرونزدگی گسیختگی گسل در شرایط میدان آزاد بر روي سطح زمین، برابر 3/4 متر - یعنی - s/B=0.4 است. در ضمن، این پی تحت تاثیر گسیختگی ناشی از گسل معکوس با زاویه شیب 60° قرار گرفته است.
شکل - 1الف - مدل تغییرشکل یافته اندرکنش پی-گسیختگی گسل معکوس براي شرایط بدون استفاده از راهکارهاي کاهش خطرات
- آزمایش - MA-10 را نشان میدهد. میزان بالاآمدگی گسل، h برابر 2/13 m میباشد. در این حالت گسیختگی ناشی از گسل معکوس از محل ناپیوستگی سنگ بستر در کف مدل شروع شده و به زیر پی برخورد نموده است. در نتیجه، پی تحت دوران و جابجایی ناشی از این برخورد قرار گرفته است. شکل 1 - ب - تاثیر استفاده از راهکار بلوك خاك - سیمان در زیر پی به منظور کاهش خطرات ناشی از گسلش معکوس را نشان میدهد.
همانطور که در این شکل مشخص است در ابتدا، گسیختگی ناشی از گسل تشکیل میشود . - FR1 - پس از افزایش جابجایی گسل، با رسیدن گسیختگی ناشی از گسل به بلوك خاك- سیمان، بلوك دوران نموده و موجب میشود که گسیختگی دوم - FR2 - نیز در مدل بوجود آید. گسیختگی دوم پس از برخورد به پی، موجب دوران پی و همچنین تشکیل گسیختگی مقاوم در خاك میشود. مقایسه شکلهاي 1 - الف - و - ب - نشان میدهد که استفاده از بلوك خاك - سیمان در زیر پی نتوانسته موجب دور شدن گسیختگی ناشی از گسل از پی گردد.
جدول -1 لیست آزمایشهاي کاهش خطرات ناشی از گسلش
شکل -1 اثربخشی بلوك خاك-سیمان زیر پی: - الف - حالت بدون راهکار کاهش خطرات- آزمایش MA-10؛ - ب - حالت با راهکار کاهش
