بخشی از مقاله
چکیده
در اثر تغییر مکان تفاضلی زمین در طرفین گسل در زمان وقوع زلزله، سطح زمین دچار گسیختگی شده و چنانچه سازه اي در مجاورت و یا روي سطح مذکور قرار داشته باشد، می تواند دچار خسارت اساسی گردد. علاوه بر این، مشاهدات انجام شده در زلزلههاي گذشته بویژه زمین لرزه هاي 1999 میلادي در ترکیه و تایوان نشان داده است که علاوه بر اثرات آبرفت سطحی، حضور سازه هاي سطحی نیز بر نحوه انتشار گسلش موثر است به گونه اي که امروز محققین در معرفی موضوع از اندرکنش پی-سازه-خاك-گسلش - - FR-SFSIبهره میگیرند.
از آنجاکه در اکثر مطالعات عددي که تاکنون به منظور مدلسازي اندرکنش پی- گسلش انجام شده است، فونداسیون به صورت المان کاملا صلب در نظر گرفته شده است، هدف از این تحقیق، بررسی تاثیر در نظرگیري انعطافپذیري فونداسیون در عملکرد پیهاي گسترده در برخورد با گسلش سطحی نرمال می باشد.
در تحقیق حاضر، با مدلسازي عددي لایه خاك و فونداسیون به صورت دو بعدي در نرم افزار ABAQUS و اعمال جابجایی به سطح بستر، پدیده گسلش سطحی مورد مطالعه قرار گرفته است.
نوآوري انجام شده در این تحقیق، مدل نمودن فونداسیون به صورت انعطاف پذیر و با مشخصات واقعی و بررسی تنش ها و کرنش ها و درصد خرابی هاي به وجود آمده در آن می باشد.پس از مدلسازي فونداسیون با سختی واقعی، موقعیت هاي مختلف قرار گیري فونداسیون نسبت به محل رخنمون گسل در سطح زمین و تاثیر جابجایی هاي مختلف اعمال شده ناشی از گسلش در اندرکنش فونداسیون و گسل نرمال مورد بررسی قرار گرفته است.
-1 مقدمه
براي بررسی پدیده گسلش، مطالعات جامعی در حوزه هاي مختلف آزمایشگاهی و عددي انجام گرفته است. تجربیات زلزله هاي گذشته؛ به خصوص زلزله هاي سال 1999 در ترکیه و تایوان و زلزله سال 2008 در چین؛ مثالهاي متعددي از اندرکنش سازه هاي مختلف با گسلش را نشان میدهد - - Anastasopoulos & Gazetas - 2007 ، موسوي . - 1389 بر این اساس در مطالعات پیشین و در حوزه آزمایشگاهی، با استفاده از تستهاي سانتریفیوژ و آزمایشات 1g سعی گردیده است تا پارامترهاي مهم در اندرکنش فونداسیون- گسلش از قبیل موقیعت نسبی فونداسیون نسبت به گسل و سربار فونداسیون مورد بررسی قرار گیرد. در این آزمایشها مشخص گردید که سه عامل موقعیت نسبی فونداسیون، نوع فونداسیون و مقدار سربار آن از اهمیت بسیار بالایی برخوردار میباشد.
با توجه به نتایج مطالعات آزمایشگاهی و بررسی مطالعات میدانی در زلزله هاي گذشته توسط مدلهاي عددي براي بررسی پدیده گسلش سطحی گسترش یافته است. این مدلها قادر هستند مسیر گسلش را از سنگ بستر به سطح زمین و همچنین اثر وجود سازه را برسطح زمین و اندرکنش آنرا با گسلش مدل نمایند که در اکثر این مطالعات، فونداسیون به صورت تیر کاملا صلب در نظر گرفته شده است.
واضح است که با فرض تیر صلب، امکان بررسی تنش هاي به وجود آمده در فونداسیون و پیش بینی درصد خرابی در آن ممکن نبوده است. همچنین مطالعات گذشته نشان میدهد در صورتی که بار فونداسیون کم بوده و جدایش با خاك زیر پی اتفاق بیفتد، پی به صورت یک تیر طره و یا یک تیر با دو تکیه گاه ساده عمل خواهد نمود که با توجه به محل قرارگیري فونداسیون نسبت به محل رخنمون گسلش در سطح زمین و وزن سربار قرار گرفته بر روي فونداسیون، تنش ها و کرنش هاي بسیار بزرگی در پی به وجود خواهد آمد. وقوع این پدیده حتی میتواند به تخریب کامل پی منجر شود.
در ادامه مطالعات قبلی صورت گرفته در پژوهشگاه بینالمللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله در زمینه گسلش سطحی – آبرفت – پی – سازه و با توجه به سابقه مطالعات ذکر شده در ادبیات فنی و از آنجاکه نوع فونداسیون و سختی آن میتواند یکی از پارامترهاي تاثیر گذار در اندرکنش با گسلش باشد، سعی شد با در نظر گیري پی سطحی از جنس بتن با مشخصات واقعی، به بررسی تاثیر سختی فونداسیون در اندرکنش آن با گسلش نرمال پرداخته شود.
همچنین، پس از مدلسازي فونداسیون با سختی واقعی، موقعیت هاي مختلف قرار گیري فونداسیون نسبت به محل رخنمون گسلش در سطح زمین و تاثیر جابجایی هاي مختلف اعمال شده ناشی از گسلش در اندرکنش فونداسیون و گسلش نرمال مورد بررسی قرار گرفت - هاشمی، . - 1392 لازم به ذکر است در مطالعه حاضر، تنها قسمتی از نتایج مطالعات جامعی ارائه میشود که در قالب طرح پژوهشی در پژوهشگاه درحال انجام است.
-2 تعریف موضوع و مشخصات مصالح
در این پژوهش نتایج اندرکنش گسلش نرمال با پی گسترده ارائه خواهد شد . در این مطالعه، گسل و پی به صورت دوبعدي در نظر گرفته شده است. هندسه موضوع در شکل 1 نشان داده شده است. این هندسه در ادبیات فنی نیز مورد مطالعه بوده است که در این تحقیق به منظور درك ساده تر مسئله، سعی شده است بین پارامترهاي مختلف، نسبت هاي مشخص به کار رود. در این راستا و به منظور بررسی ابعاد مختلف مسئله و تاثیر پارامترهاي مختلف بر اندرکنش گسلش نرمال و پی گسترده، پارامترهاي موثر بر این پدیده مورد بررسی قرار گرفته است که پس از معرفی مشخصات مصالح و روند مدلسازي، نتایج تحلیل هاي پارامتریک در اندرکنش گسلش نرمال و پی گسترده انعطاف پذیر ارائه شده است.
در این مدلسازي، مصالح خاکی به صورت ماسه متراکم با چگالی 1800 کیلوگرم بر متر مکعب، مدول یانگ به صورت تابعی از عمق و ضریب پواسون 0.3در نظر گرفته شده است. مدل رفتاري مصالح خاکی، الاستوپلاستیک با معیار تسلیم موهرکولمب همراه با نرم شدگی کرنش مدل شده است. مقدار چسبندگی ماسه 5 کیلوپاسکال، زاویه اصطکاك حداکثر خاك 45 درجه و مقدار باقیمانده زاویه اصطکاك 30 درجه در نظر گرفته شده است ضمن اینکه حداکثر زاویه اتساع 18 درجه و زاویه اتساع باقیمانده 1 درجه در نظر گرفته شده است.
شکل:1 هندسه مسئله مورد بررسی و معرفی پارامترهاي متغیر
فونداسیون مورد مطالعه به صورت یک پی گسترده بتنی با عرض 10 متر و ضخامت 1 متر میباشد که سربار q=90 KPa بر آن وارد میشود که در مدلسازي عددي، با استفاده از المان پوسته به صورت دو بعدي و انعطاف پذیر مدل شده است. مدل رفتاري بتن، الاستوپلاستیک فرض شده است و رفتار پلاستیک بتن با استفاده از مدل Concrete Damage Plasticity که در نرم افزار ABAQUS ویژه مدلسازي رفتار پلاستیک بتن و بررسی خرابی هاي به وجود آمده در آن تحت بارگذاري هاي مختلف میباشد مدلسازي شده است. مشخصات رفتار ذکر شده براي بتن در جدول 1 آمده است. مشخصات در نظر گرفته شده براي بتن مشابه مثال راهنماي نرم افزار در مورد این مدل رفتاري برداشت شده است.
براساس تغییر شکلهاي پلاستیک به وجود آمده در فونداسیون، رفتار فشاري و کششی بتن و پارامتر خرابی در مود کششی - DamageT - ، به صورت شکل 2 و شکل 3 تعریف شده است.
جدول:1 مشخصات مقاومتی بتن
شکل :2 منحنی رفتاري بتن - a در کشش - b در فشار
شکل :3 مشخصات بتن در کشش - a رفتار پلاستیک کششی بتن - b معیار خرابی بتن
