بخشی از مقاله
چکیده
سازه ها و فضاهای زیرزمینی یکی از مهمترین و امروزی ترین نیازهای شهرنشینی مدرناند. به طور تجربی سازههای زیرزمینی نسبت به سازههای سطحی از آسیب پذیری کمتری برخوردارند. در این مقاله با مدل سازی عددی مراحل ساخت تونل و اعمال نیروی زلزله به کف مدل، اثر تحلیل لرزه ای بر نیروهای وارده بر لاینینگ مورد بررسی قرار گرفته است. برای تحلیل لرزه ای از ّ زلزله حوزه نزدیک استفاده شده است.
مدل سازی با استفاده از نرم افزار اجزا محدود ABAQUS و با استفاده از المان های نامحدود برای مرزهای محیط خاک صورت پذیرفته است و در نهایت َ مدل با مشخصه خاک لایه ای که با طبقه بندی زمین در آیین نامه زلزله ًًٍَ ایران مطابقت دارد و در عمقهای مختلف قرار گیری تونل مورد ارزیابی قرار گرفته است . خصوصیات و ویژگیهای زلزلههای حوزه نزدیک عموما دارای تفاوت ساختار با زلزلههای حوزه دور می باشند.
1 -مقدمه
با توجه به توسعه و کاربری روز افزون تونلها و اهمیت آنها در شبکه حمل و نقل بین شهری و درون شهری لازم است پاسخ دینامیکی تونل های شهری در برابر بارهای دینامیکی زلزله مورد بررسی قرار گیرد. سازههای رو زمینی غالبا با توجه به نیروی وارده به سازه، از طریق محاسبه اثر شتاب به وجود آمده توسط زلزله بر جرم سازه، طراحی می شوند . اما سازههای زیر زمینی عموما با توجه به تغییر شکل تحمیل شده به ساز هها از طریق محیط اطراف و به منظور سازگاری با این تغییر شکلها طراحی میشوند که غالبا به اندر کنش خاک و سازهی تونل منجر می شود. بر خلاف سازههای سطحی، مبنای طراحی لرزه ای پوشش نهایی تونل ها تغییر شکل های ایجاد شده در تونل میباشد.
از آنجا که این اندرکنش به پارامتر های زیادی وابسته است، هر یک از روش های تحلیلی به منظور سهولت در فرایند تحلیل فرضیات ساده کنندهای را در نظر گرفتهاند که در نتیجه موجبات کاهش دقت پاسخ اندازه گیری شده را فراهم آورده است. برخی دیگر از محققان با استفاده از روش های عددی نظیر روش اجزای محدود، تاثیر اندرکنش این دو سازه در هنگام وقوع زلزله را مورد بررسی قرار دادهاند.
یکی از مباحث مهم مهندسی زلزله در دهه های اخیر، اثر مولفه قائم زلزله های حوزه نزدیک بر رفتار دینامیکی تونلها میباشد. نخستین نشانه های حرکات زمین در حوزه نزدیک به گسل در زلزله های کرن کانتی کالیفرنیا و زلزله پارکفیلدآشکار شد .[1] معمولا زلزله های حوزه نزدیک به گسل شدیدتر از زلزله های معمولی ثبت شده طی یک رخداد مشابه و تحت شرایط ساختگاهی یکسان است زیرا نزدیکی به چشمه لرزهای اجازه کاهندگی قابل توجهی را به زلزله نمیدهد.
بنابراین تاریخچه زمانی شتاب این نوع زلزلهها دارای محتوای فرکانسی بالا با دامنه بزرگ و زمان دوام کوتاه است. هر چند به طور قطعی و دقیق نمی توان فاصله مشخصی برای زلزله های حوزه نزدیک تعریف کرد اما به طور معمول فرض میشود جنبش های ثبت شده در فاصله ای کمتر از ًٍ کیلومتر از محل گسیختگی و کانون زلزله، نگاشت های حوزه نزدیک باشند .[2-5] اما مطالعات اخیر نشان میدهد که تا ثیر زلزله های حوزه نزدیک میتواند بیشتر از کیلومترباشد.[6]
با پیشرفت علم و دست یابی به رایانه، نرم افزارهای ویژه تحلیل مدل های رفتاری زمین و مدل سازی فضاهای زیر زمینی در دسترس قرار گرفت. در اغلب مواقع با توجه به حالت کرنش صفر در راستای طول تونل، مدل سازی تونل به صورت دو بعدی است و بر همین مبنا و با فرض کرنش صفحهیی تحلیلهایی انجام می گیرد . پاسخ زمین به زلزله را می توان در دو گروه ارزیابی کرد : .گسیختگی زمین؛ٍ.تکان های زمین و تغییر شکل های زمین با پذیرفتن این نکته که در زمین غالبا تغییر شکلهای بزرگی که مؤید گسیختگی است رخ نمی دهد، بر تکان های زمین و تغییر شکلهای آن تاکید می شود.
با توجه به لرزه خ زیی کشورمان ارز یابی پاسخ لرزه ای تونل در حوزه نزدیک منبع زلزله و تاث ری آن بر عملکرد تونل ها امر ی ضرور ی است . خصوصیات و و یژگیهای زلزله های حوزه نزد یک عموما دارا ی تفاوت ساختار با زلزله های حوزه دور م ی باشند. امواج زلزله پس از عبور از لا هیهای خاک بسته به نوع و ضخامت تشد دی میشوند. سازههای ز ری زمینی همچون تونل بسته به ابعاد، ضخامت روباره، ضخامت خاک ز ری تونل، نوع خاک و محتوا ی فرکانسی زلزله پاسخ متفاوتی نسبت به وقتی که تونل ها در نزد یکی سنگ بستر واقع شده اند خواهند داشت. در این تحقیق تاثیر عمق بر رفتار سازههای زیر زمینی در زلزلههای حوزه نزدیک مورد بررسی قرار گرفته است، تا بتوانیم به معیاری برای تعیین عمق بهینه سربار جهت طراحی در مناطق خاص با توجه به عمق سرباره دست یابیم. از جمله نتایج این مطالعه اثر اندرکنش لرزهای خاک و تونل، بررسی ممان خمشی ایجاد شده در لاینینگ تونل، تحت اثر زلزله های حوزه نزدیک میباشد.
2 -اثرات و خصوصیات زلزلههای حوزه نزدیک
با شناخته شدن برخی خصوصیات زلزله های حوزه نزدیک در سال مهمترین مطالعات صورت گرفته در آن زمان را هادسون و هوسنر بولت[8] و برترو و همکاران [9] انجام دادند. هوسنر و هادسون دریافتند که زلزله های حوزه نزدیک شامل پالس های بحرانی انرژی هستند . هر چند ممکن است این زلزلهها دارای بزرگای کوچکی از نظر ریشتر و یا دامنه کوچکی باشند ولی دارای پتانسیل تخریبی بالایی میباشند .
اثر تغییر مکان ماندگار
خصوصیات دیگر نگاشت های حوزه نزدیک ثبت شده در زلزلههای جدید مانند زلزله های ترکیه و تایوان، تغییر مکان ماندگار حاصل از گسلش زمین در مناطق نزدیک گسل می باشد که در بازه زمانی چند ثانیه ای لغزش و در جهت لغزش گسل اتفاق افتاده و مستقل از تغییر مکان دینامیکی ناشی از پالس جهت پذیری گسیختگی زمین می باشد. در نتیجه، این اثر مولفههایی که در جهت لغزش گسل هستند را تحت تاثیر قرار خواهد داد. اثر تغییر مکان ماندگار و اثر جهت پذیری در یک جهت صورت می گیرد و تغییر مکان های سرعت که ناشی از لغزش سریع گسل میباشند، برای اولین بار توسط بولت با مطالعه حرکات ثبت شده زلزله سان فرناندو شناخته شد. در مجموع این زلزلهها دارای ویژگیهایی چون تاریخچه زمانی پالس مانند با پالس های پریود بلند، نسبت بزرگ سرعت حداکثر به شتاب حداکثر زمین و گاهی تغییر شکل های دائمی بزرگ در زمین می باشند.
این ویژگیها در نتیجه تاثیر پدیده های زیادی در نزدیکی چشمه لرزه ای به وجود می آیند که در ادامه، تشریح می شوند فوقانی صفحه گسلش قرار دارند، مهیا میگردد. اثر جهت پذیری در جهت عمود بر گسل به دلیل پراکنش شعاعی جا به جایی برشی گسل مشخص تر بوده و مقادیر بیشینه سرعت در مولفه های عمود بر گسل به طور قابل ملاحظه بسیار بزرگتر از حرکات موازی گسل در پریودهای متوسط و بالا میباشد. به مکانهایی که در خارج از لبه صفحه گسیختگی قرار دارند و گسیختگی به سمت مکان مورد نظر نمی رود و یا از آن دور نمیشود اصطلاحا نقاط با جهت پذیری خنثی گفته می شود. ماندگار زمین تقریبا همزمان با تغییر مکان دینامیکی حداکثر رخ می دهد، نیاز است به عنوان بارهای منطبق بر هم در نظر گرفته شود.
اثر فرا دیواره
اثر فرادیواره در یک زلزله شیب لغز می تواند به وجود آید، یکی از دلایل ابتدایی به وجود آمدن این اثر میتواند نزدیکی بیشتر ساختگاه های قرار گرفته در قسمت فرادیواره به سطح گسل از ساختگاه های قرار گرفته در قسمت فرودیواره در یک فاصله یکسان از گسل باشد. در اثر فرا دیواره در زلزله های حوزه نزدیک دامنه بیشتر و کاهندگی کمتر در پارامترهای جنبش شدید زمین در فرا دیواره نسبت به فرو دیواره در یک فاصله یکسان مشاهده می شود. این اثر بیشترین تاثیرها را در طیف پاسخ شتاب در پریودهای کوتاه دارد اثر مولفه قائم از دیدگاه بسیاری از محققین، مهمترین ویژگیهایی که در نتیجه اثر مولفه قائم در زلزله های حوزه نزدیک با زلزله های حوزه دور مطرح شده است شامل بزرگی زلزله، اثر فاصله از گسل، اثر جنس خاک، اثر نوع گسل می باشد.
3 -مدلهای هندسی، مشخصات مصالح و ویژگی-های نگاشت های زلزله
چنان که اشاره شد، در این تحقیق سعی میشود اثر عمق قرار گیری تونل را در ایجاد نیروهای اضافی حاصل از زلزله در پوشش تونل با یکدیگر مقایسه کنیم. یکی از مهمترین بخش های مدل سازیهای عددی در نظر گرفتن ابعاد مناسب برای سازه مورد نظر می باشد. در این تحقیق ابعاد مدل به اندازه ِ/ْ برابر قطر تونل از مرزهای تونل در نظر گرفته شده است تا نتایج تحلیل متاثر از ابعاد مدل نباشد. همچنین فاصله ًٌٍ متر برای المانهای نامحدود فرض شده است. بنابراین مرزهای مدل به اندازه کافی دور از ناحیه حفاری در نظر گرفته شده است. برای تمام مدل ها طول مدل با احتساب المان های نامحدود متر میباشد. همچنین عمق محیط خاک ًّ متر فرض شده است. شکل ٌو ٍ وَ هندسه ساخته شده برای هر سه را مدل را نشان می دهد. همچنین برای بررسی اثر عمق، سه عمق و متری مورد مطالعه قرارگرفته است.
