بخشی از مقاله
چكيده
يكي از اركان اصلي در زلزله شناسي مهندسي تعيين اثرات ساختگاه و برآورد ميزان اين اثرات در مناطق مختلف ميباشد. ركوردهاي ثبت شده از يك زلزله همواره تحت تاثير چشمه زلزله و مسير هستند، مهمترين بخشي كه در مسير روي تقويت يا تضعيف امواج موثر است قسمتهاي پاياني مسير ميباشد كه بسته به نوع و ساختار لايهها روي امواج تاثير ميگذارند. چالشي كه در اين راستا با آن مواجه هستيم تقويت جنبش نيرومند زمين و افزايش پتانسيل آسيبپذيري در هنگام زلزله است.
با تعيين اين اثرات لايههاي پاياني مسير كه به اثر ساختگاه معروف است، ميتوان دقت محاسبه بعضي از پارامترهاي موجود در زلزلهشناسي مهندسي مانند طيف طرح، تحليل خطر زلزله و ... را بالا برد. تقويت ساختگاه ايستگاه استانداري با استفاده از ركوردهاي رخدادهاي لرزهاي كه در ايستگاههاي شبكه شتابنگاري - استانداري، عينالي و فتح آباد - در تبريز در خلال سال هاي ٢٠٠٧ تا ٢٠١٢ ثبت شدهاند، تعيين شد. در اين تحقيق از ١٢ ركورد سه مؤلفهاي حاصل از ٦ رخداد لرزهاي استفاده شد. اثر جمله ساختگاه به روش معكوس خطي با استفاده از ساختگاه مرجع فتح آباد تعيين شد. مقدار تقويت دامنه در ايستگاه روي خاك متوسط ارزيابي شده و مقدار پيك دامنه در فركانس ٨/٢ هرتز ديده شد.
١ - مقدمه
اثر ساختگاه نقش بسيار مهمي در شناخت جنبشهاي لرزهاي زمين بازي ميكند، براي اينكه ممكن است به شدت جنبش-هاي لرزهاي را در لحظه آخر، درست قبل از رسيدن به سطح زمين يا شالوده ساختمانها تقويت كند. تشديد دامنه امواج زلزله در سطح زمين ناشي از اثر ساختگاه ميتواند تا بيش از دو برابر دامنه امواج در سطح بستر سنگي نيز برسد و لذا نميتوانيم در طراحي ساختمانها و سازهها از آن چشمپوشي كنيم. امروزه ارزيابي پاسخ زمين يكي از معمولترين و مهمترين مسائلي است كه در زلزلهشناسي و ژئوتكنيك لرزهاي مطرح است.
در شرايط ايده آل در يك تحليل كامل پاسخ زمين، گسيختگي در سرچشمه زلزله مدل ميشود، نحوه انتشار تنش از ميان زمين در بالاي بستر سنگي در زير يك ساختگاه بخصوص مشخص شده و چگونگي اثر لايه خاك بالاي بستر سنگي بر حركات سطح زمين مشخص ميگردد. در حقيقت مكانيزم گسيختگي گسل بهحدي پيچيده بوده و طبيعت انتقال انرژي بين منبع تا ساختگاه بهحدي نامعين ميباشد كه اين روند براي كاربردهاي معمول مهندسي عملي نيست. در عمل روشهاي تجربي بر پايه خصوصيات زلزله ثبت شده در جهت تدوين روابط تخميني بهكار ميرود. اغلب، اين روابط تخميني به همراه تخمين خطر زلزله براي پيشبيني خصوصيات حركت در سطح سنگ بستر در ساختگاه بهكار ميروند
٢ - شتاب نگاشتهاي ثبت شده در ايستگاههاي تبريز
شرايط لرزه زمينساختي و رويداد زمين لرزه هاي تاريخي استان آذربايجان شرقي نشان، از پتانسيل لرزه خيزي آن مي باشد. در حال حاضر تعداد ٥١ دستگاه شتابنگار در استان آذربايجان شرقي به صورت ميدان آزاد و شش دستگاه شتابنگار، در سدهاي استان نصب است. در شهر تبريز ٣ ايستگاه شتابنگار از نوع SSA2 از اواخر سال ١٩٦٠ در مناطق مختلف آن نصب و شروع به كار كرده است.
تقويت ساختگاه در شبكه لرزهنگاري تبريز با استفاده از ركوردهاي ثبت شده در ايستگاههاي شبكه از نوع دستگاه شتابنگار SSA2 - استانداري، فتح آباد، عينالي - در تبريز در خلال سال هاي ١٩٦٠ تا ٢٠١٤ ثبت شدهاند، تعيين شد. ايستگاه فتح آباد و عينالي بر روي سنگ واقع شده و ايستگاه استانداري بر روي انواع مختلف خاك قرار دارند جدول و شكل ١ - مركز تحقيقات راه، مسكن و شهرسازي - . در اين مدت ٤ زمينلرزه كوچك محلي در فاصله چند كيلومتري تبريز در اين شبكه ثبت گرديد. همچنين دو شتابنگاشت حاصل از زمينلرزه دوگانه اهر-ورزقان در هر ايستگاه ثبت شده است.
٢-١ پردازش و آماده سازي ركوردها
تمامي مراحل پردازش در محيط برنامه نويسي MATLAB انجام گرفته است. در ذيل به نحوه انجام پردازش دادهها مي-پردازيم
فركانس نمونهبرداري براي ركوردها sample/s٢٠٠ تعيين شد.
تصحيح خط مبنا و فيلتر ميان گذر باترورث با فركانسهاي قطع ١/٠ و ٢٥ اعمال گرديد.
دوام ركوردها با استفاده از رابطه آرياس محاسبه گرديد و زمان بين ٥% تا ٩٥% انرژي به عنوان پنجره موج S تعيين گرديد.
طيف فوريه پنجره موج S و همچنين پنجره نوفه براي هر ركورد محاسبه شد - سيگنال به نوفه بيشتر از ٣ براي هر ركورد - .
دامنه هاي فوريه براي پنجره موج S حول باند فركانسي به مركز ٢٥/٠ تا ٦/١٦ هرتز، به منظور بهدست آوردن تخميني پايدار از دامنه در يك فركانس خاص ميانگينگيري شد.
شكل ١: نقشه رومركز ٦ زمين لرزه ثبت شده در ايستگاههاي شتابنگاري تبريز.
جدول ١: ايستگاههاي شتابنگار شهر تبريز
٣ - تعيين پاسخ ساختگاه با روش نسبت طيفي امواج زلزله - شتابنگاشت - ٣-١ روش معكوس - نسبت طيفي سايت به مرجع - :
با فرض اينكه امواج S از يك چشمه نقطهاي توليد ميشود. دامنه طيف فوريه موج S مشاهده شده بهصورت رابطه زير بيان ميشود.
كه Oij - f - دامنه طيف فوريه موج S براي iامين رخداد ثبت شده در jامين ايستگاه، - f - i S جمله چشمه براي iامين رخداد، - Gij - f جمله ساختگاه و Rij فاصله هيپوسانتر براي iامين رخداد از jامين ايستگاه ميباشد. ضريب گسترش هندسي، - Qs - f فاكتور كيفيت و vs سرعت ميانگين موج S در محيط ميباشد. در اين مورد انتظار داريم نتايج معكوس خطي مقدار ميانگيني براي اثر ساختگاه بهدست دهد. نسبت طيفي بين jامين ايستگاه و ايستگاه مرجع بهصورت زير به دست ميآيد.
كه انديس r نمايانگر ايستگاه مرجع است. براي تمام ايستگاهها و رخدادها معادله - ٤ - به فرم ماتريسي زير بيان ميشود. - ٣ - Gm =d
كه m برداري در فضاي مدل، d برداري در فضاي دادهها و G ماتريس مربوط كننده m به d است. بردار m به روش معكوس با در نظر گرفتن كمينه كردن خطا حل ميشود. حل كمترين مربعات به روش SVD انجام گرفت - منكه، ١٩٨٤ - . انحراف معيار پارامترهاي مدل از عناصر قطري ماتريس كواريانس توسط معادله [cov m] d2 [GT G] -1 بهدست ميآيد كه d2 واريانس دادهها ميباشد
شكل ٢: تقويت ساختگاه در ايستگاه تبريز براي مؤلفههاي عمودي، شعاعي و تلفيق دو مولفه افقي. خط تيره ضخيم نمودار تقويت ساختگاه تبريز و خط تيره نازك نشان دهنده انحراف معيار داده ها است.
