بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله رابطه کاهندگی بیشینه شتاب افقی زمین برای ساختگاه های خاکی نرم در استان گیلان، با بکارگیری داده های جنبش نیرومند ثبت شده توسط شبکه شتابنگاری مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهر سازی 3 - BHRC - مستقر در استان بااستفاده از تکنیک رگرسیون تکاملی چندجملهای 4 - EPR - ارائه می گردد. به این منظور از میان رکورد های ثبت شده، 56 رکورد مربوط به 36 رویداد زمین لرزه بین بازه زمانی4 آوریل 1978تا10 اکتبر2010 انتخاب گردید. داده های مبنا زلزله هایی با بزرگای موج سطحی Ms بین3.6 تا 7.4، مقادیر بیشینه شتاب - - PGA بین7.25 تا - 280.51 - gal و فاصله رومرکزی بین11 تا 229 - km - را در بر می گیرند.
کلمات کلیدی: روابط کاهندگی، بیشینه شتاب افقی زمین، داده های جنبش نیرومند، استان گیلان
1 مقدمه
با توجه به شرایط تکتونیکی کشور ایران، بسیاری از مناطق شهری که در نزدیکی گسل ها ساخته شده اند در معرض خطر وقوع زلزله های با شدت بالا قرار دارند. مطابق طبقه بندی ارائه شده در استاندارد 2800 موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، شهر ها و نقاط مهم ایران از نظر درجه بندی خطر نسبی زلزله به چهار محدوده، پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد، زیاد، متوسط و کم تقسیم میگردند.
در این میان، شهرهای استان گیلان مطابق پیوست الف آیین نامه مذکور در رده خطرنسبی زیاد وخیلی زیاد قرار میگیرند. تکتونیک پیچیده البرز مرکزی از یک سو، تغییرات در روند تکتونیکی پوسته شبه اقیانوسی زیر دریای خزر؛ که این استان در جنوب غربی آن واقع است و پیشرفت این روند در گسل لاهیجان از سوی دیگر، همگی نشان دهنده پتانسیل لرزه ای بالای گسل های این ناحیه است.[1]
از مخرب ترین رویدادهای زلزله در این ناحیه، می توان از زلزله سی و یکم خرداد ماه سال 1369 شمسی رودبار، با بزرگای موج سطحیMs=7.7 نام برد. در تحلیل خطرات لرزهای، توصیف کمی حرکات زمین از اهمیت بالایی برخوردار می باشند. متداولترین پارامتر توصیف کننده دامنه، یکیاز مشخصه های مهم جنبش نیرومند زمین، بیشینه شتاب افقی 5PHA است.
علت اهمیت این پارامتر رابطه آن با نیروی های اینرسی وارده به سازه بوده و عموماً بیشترین نیروهای دینامیکی مؤثر بر ساختمان هامتناسب با آن هستند. روابط تخمینی جهت به دست آوردن پارامترهایی نظیر سرعت و شتاب بیشینه که میزان آنها با افزایش فاصله کاهش می یابد، به روابط کاهندگی معروف هستند. اختراع دستگاه های لرزه نگاری در قرن بیستم، منجر به کاربرد وسیع آنها در سراسر جهان گردید.
داده های ثبت شده توسط این دستگاهها برای تخمین جنبش نیرومند ناشی از زلزله، برمبنای برخی مشخصه های زلزله و زمین شناسی محلی بکار گرفته شد. و بر این اساس، در گذشته معادلات کاهندگی زیادی برای پیش بینی شتاب تدوین گردیده اند. با این وجود، این معادلات برای زلزله های نواحی مختلف و شرایط تکتونیکی و منطقه ای متفاوتی گسترش یافته اند.
علاوه بر این معیار انتخاب داده های آنها نیز متفاوت است. از اینرو تعمیم مقادیر بدست آمده از رابطه کاهندگی تدوین شده برای شرایط خاص یک ناحیه به سایر نواحی و کشور ها از محدودیت های کاربرد آنها است و اجماع بین جامعه مهندسین بر بکارگیری روابط کاهندگی است که با توجه به رکوردهای همان ناحیه تدوین گردیده است .[2]
تعداد زیادی از روابط کاهندگی جهت تخمین پارامتر بیشینه شتاب تدوین گردیده است. Campbell [3]کارهای منتشر شده در محدوده سالهای 1974تا 1984را مرور کرده و همچنین گام هایی را جهت نحوه انتخاب مدل و روند تحلیل آن پیشنهاد نمود. Douglas [4] بیش از 120 رابطه کاهندگی در طی دهه های گذشته را برای تخمین بیشینه شتاب جمع آوری کرد.
برخی از معادلات تنها تابعی از مقادیر معین بزرگای و فواصل رومرکزی بوده و بقیه عمق کانونی را به عنوان پارامتر اضافی در معادلات آورده اند. همچنین تعدادی از روابط دارای جملاتی جهت مدل نمودن شرایط ساختگاهی و مکانیزم منبع هستند. Zare [5] ، شکل نمایی از معادله کاهندگی را برای تخمین بیشینه شتاب در ایران معرفی می نماید. معادلات او پریودغالب زمین را به عنوان پارامتر اضافی همراه داشته و در برگیرنده ترم شرایط ساختگاهی است.
در معادلات الگویی معرفی شده فوق ضرایب 1 تا 8 ثابت هایی هستند که می توانند مقادیر مثبت یا منفی اختیار کنند. مقادیر M نشان دهنده بزرگایوF تابعی بیانگر مکانیزم گسلش هستند. تابع R بیانگر فاصله است و اغلب از جمع مقادیر فاصله رومرکزی با یک ترم ثابت که فاصله Joyner - Boore نامیده می شود، به دست می آید.
این عدد ثابت، اثرات مسیر عبور از منیع تا ساختگاه دریافت کننده مانند تفرق، پراکندگی و جذب الاستیک را بیان می نماید. جمله های - M-6 - در رابطه با پدیده اشباع شدگی و مشخصه های مقیاس فاصله هستند. به جای 6 مقادیر دیگری از 5 تا 8.5 نیز بکار برده شده است.[9] در این معادلات ضرایبr ، S وE به ترتیب بیان کننده فاصله رو مرکزی، تاثیر ساختگاه و جمله خطا هستند.
با وجود اینکه در معادلات مورد اشاره 8 ثابت تعریف شده اند، تعدادی از روابط کاهندگی با تعداد بیش از 17 ثابت نیز وجود دارندNowroozi [10] .[6] با استفاده از 279 داده بیشینه شتاب افقی و بیشینه شتاب عمودی برای 30 رویداد زلزله کشور ایران، برای تخمین بیشینه شتاب افقی و عمودی سه مدل جامع ارائه نمود.
2. داده های مبنا و معیار انتخاب داده ها
داده های مبنا در این پژوهش، از بانک داده های مرکز تحقیقات راه، مسکن و ساختمان تهیه گردید. در این راستا تعداد 335 رکورد ثبت شده توسط شبکه شتابنگاری استان گیلان و استان های هم جوار این استان در دسترس قرار گرفت. داده های مبنا شامل موقعیت مختصاتی و مکانی ایستگاه های شتابنگار، تاریخ و زمان وقوع رویداد، موقعیت مختصاتی مرکز سطحی زلزله و مقادیر ژرفای کانونی، فاصله رومرکزی، بزرگای و همچنین سه مولفه بیشینه شتاب اصلاح نشده بودند.
با توجه به هدف نهایی؛ بدست آوردن پارامتربیشینه شتاب در راستای جنبش نیرومند زمین، تلاش گردید تا مبنای انتخاب داده ها تکانش اصلی بوده و زلزله های ضعیف تر ناشی از پیش لرزه و پس لرزه های زلزله اصلی، فیلتر شدند. همچنین به دلیل تاثیر گذار بودن، جنس ساختگاه و شرایط منطقه ای بر بیشینه دامنه شتاب زمین ، رکورد های ثبت شده توسط شتابنگارهای خارج از استان به دلیل در دسترس نبودن شرایط ساختگاهی و نحوه گسلش آنها فیلتر گردیدند.
بنابراین در مرحله اول انتخاب داده ها تعداد88 رکورد ثبت شده از 37 واقعه زلزله انتخاب شدند. با مراجعه به شتابنگاشت های 88 رکورد مذکور، مشخص گردید که تعداد 36 رکورد توسط دستگاه های آنالوگ و 52 رکورد توسط دستگاه های دیجیتال ثبت گردیده اند. در ادامه به بررسی پارامتر های مهم تاثیر گذار بر مقادیر بیشینه شتاب افقی زمین می پردازیم.
· مقیاس بزرگای
بزرگای از جمله مقادیر به شدت تاثیر گذار بر دامنه حرکات زمین در رویداد زلزله بوده به نحوی که تمامی معادلات کاهندگی بیشینه شتاب، دارای یک یا چند ترم بزرگای هستند. مقیاس های بزرگای موجود در داده های مبنا، به ترتیب فراوانی شامل مقیاس موج حجمیmb ، مقیاس موج سطحی Ms و مقیاس گشتاوری Mw هستند.
با توجه به سوابق موجود در منطقه و احتمال وقوع زلزله هایی با بزرگای بالا به عنوان نمونه زلزله منجیل و رودبار با بزرگای Ms=7.7، همچنین بیشینه بزرگای موج سطحی موجود در داده ها - - Ms=7.4عملاً مشکل بروز پدیده اشباع شده گی در مقیاس بزرگای موج حجمی دور از انتظار نیست.
همچنین در صورت صرف نظر کردن ازداده هایی با اعماق کانونی 33 کیلومتر که صحت آنها مشخص نیست، غالب رویداد های رکورد شده وقایع کم عمق، با عمق کانونی کمتر از کیلومتر 30 هستند.[11] از سوی دیگرفراوانی بزرگای گشتاوری در مقایسه با سایر مقیاس های بزرگای، ناچیز بود. بنابراین با در نظر گرفتن موارد ذکر شده مقیاس بزرگای موج سطحیMs ، به عنوان بهترین مقیاس، جهت بکارگیری در مدل کاهندگی بیشینه شتاب در استان گیلان پیشنهاد گردید.
با توجه به فقدان مقیاسهای نامبرده برای تعدادی از رکورد ها، جاهای خالی به کمک روابط هم بستگی بدست آمده در این پژوهش همچنین روابط پیشنهادی معتبر تخمین زده شد. جهت تخمین مقادیربزرگای موج سطحی تعداد 28 رکوردی که دارای هر دو مقادیر بزرگای موج سطحی و حجمی بودند، انتخاب گردیدند و رابطه هم بستگی بین Ms وmb با ضریب هم بستگی 0.86 مطابق رابطه5 استخراج شد. S = 1.734mb − 4.19 R2 = 0.86 - 5
همچنین رابطه پیشنهادی توسط کمیته ملی سد های بزرگ ایران - [12] 6 - IRCOLDکه جهت بیان رابطه هم بستگی بزرگای موج سطحی و بزرگای موج حجمی، درایران ارائه گردیده ، به شرح زیر است - رابطه. - 6 S = 1.2mb − 1.29 - 6 -
در گام بعد مقادیر Ms موجوددر رکورد های ثبت شده با مقادیرMs تخمینی توسط روابط 5 و 6 مقایسه گردید بزرگای تخمینی توسط رابطه IRCOLD برای مقادیر پایین بزرگای مقادیر بیشتر تخمین و برای مقادیر بالای بزرگایMs > 6 مقادیر کمتر تخمین را شامل می شود .
این در حالی است که بزرگای تخمینی بدست آمده در این پژوهش برای استان گیلان، برای مقادیر بالای بزرگای مقادیر بیشتری از رابطهIRCOLD تخمین زده و به واقعیت نزدیک تر است ، همچنین در محدوده پایین تر بزرگای نیز مقادیری تقریباً برابر با مقادیر اندازه گیری شده را تخمین می زند. بنابراین رابطه 6 به عنوان گزینه برتر انتخاب و جاهای خالی در داده ها توسط آن تخمین زده شد.
