بخشی از مقاله
خلاصه
محتوای فرکانسی زلزله های حوزه های دور و نزدیک نشان می دهد که ارتعاشات رسیده به نقاط مختلف انواع سازه به فاصله از گسل، ساز و کار چشمه، موقعیت قرارگیری ساختگاه سازه نسبت به جهت پیشروی امواج حاصل از گسلش بستگی خواهد داشت. تاریخچه مطالعات رفتار لرزه ای انواع مختلف سدهای خاکی نیز نشان داده است که در اثر اعمال زلزله های حوزه دور و نزدیک گسل که دارای محتوای فرکانسی مختلفی هستند، رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند. در این مطالعه رفتار دینامیکی سد خاکی با رویه بتنی تحت زلزله های حوزه دور و نزدیک گسل مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور انجام این تحقیق از روش اجزاء محدود و نرم افزار GeoStudio 2007 استفاده شده است. هدف اصلی در این مقاله بررسی اثرات حوزه دور و نزدیک از گسل بر روی طیف پاسخ شتاب، نشست ها و تغییر مکانهای افقی سدهای سنگریزه ای با رویه بتنی می باشد.
کلمات کلیدی: سدهای سنگریزه ای با رویه بتنی، آنالیز دینامیکی، طیف پاسخ شتاب، زلزله های حوزه دور و نزدیک گسل
.1 مقدمه
امروزه سد های سنگریزه ای با رویه بتنی - CFRD - در سراسر جهان ساخته شده هستند. هم اکنون تعداد سدهای CFRD در دست ساخت در دنیا در حال افزایش است و در حال حاضر ارتفاعات برخی از سدهای طراحی یا برنامه ریزی شده جهت احداث در حال رسیدن به 300 متر می باشد .>1@ دال بتنی رویه به لحاظ ایمنی یک بخش حیاتی در سدهای CFRD محسوب می شود که یکپارچگی ساختاری آن را حفظ می کند. طراحی لرزه ای سدهای CFRD دارای اهمیت بسیار زیادی می باشد، زیرا بسیاری از این سدها در مناطق با خطر لرزه ای بالا ساخته شده است.کنترل پایداری این سدهای خاکی در طول زلزله و پس از آن یکی از مسائل بسیار مهم در حیطه مهندسی ژئوتکنیک می باشد. چرا که تخریب و گسیختگی آنها می تواند صدمات و خسارات مالی و جانی جبران ناپذیری را به همراه داشته باشد. به همین منظور در طراحی آنها باید تمامی پارامترها و کنترل های ضروری و حساس مد نظر طراحان قرار بگیرد.
افزایش پایداری شیب های سد و مقاومت در برابر تغییر شکل بدنه سد یک مسئله مهم در طراحی سدهای CFRD محسوب می شود. اگر چه تراکم بیشتر مصالح سنگریزه ای می تواند تغییر شکل سدهای CFRD را کاهش دهد، اما افزایش تراکم نسبی مصالح سد به مقدار بیش از 85% کاری بسیار دشوار است. افزایش انعطاف پذیری و سازگاری دال رویه بتنی و تقویت آنها در نقاط اتصال نیز یکی از گزینه های اصلی و مهم در طراحی لرزه ای سدهای CFRD محسوب می شود. رفتار لرزه ای سد خاکی با رویه بتنی به عوامل متعددی مانند تراکم مصالح پرکننده، هندسه سد و حرکات ورودی زمین بستگی دارد. عملکرد دال های بتنی رویه به پاسخ سد خاکی بستگی خواهد داشت .[1] رفتار لرزه ای سد Zipingpu در طول زلزله Wenchuan با استفاده از مدل ساختاری شکل پذیر به وسیله روش آنالیز المان محدود سه بعدی و توسط Xu شبیه سازی شد .[2] آنها دریافتند که تغییر شکل مصالح سنگریزه ای باعث خرد شدن دال رویه بتنی شده است .[3] اوزکان اشاره کرد که برای توانبخشی به سد خاکی و جلوگیری از بی ثباتی لرزه ای، باید خواص مهندسی و هندسه سدهای موجود تغییر داده شود .[4] برای جلوگیری از خیز تاج، سید و همکاران بجای استفاده از یک شیب یکنواخت در سرتاسر ارتفاع سد از یک شیب مسطح در نزدیکی تاج و شیب تندتر در بخش پایین تر سد استفاده کردند .[5,6]
ژانگ و همکاران اثر ارتفاع بلوکهای وزنی در پنجه سد را بر روی سدهای خاکی ECRD و CFRD مورد مطالعه قرار داده و پیشنهاد کردند که ارتفاع بلوکهای وزنی پنجه باید در محدوده ای بین 0.19 تا 0.30 برابر ارتفاع سد باشد .[7] هان و کونگ چندین آزمایش مدل میز لرزان را به منظور بررسی توان بخشی اقدامات لرزه ای بر روی سدهای CFRD را مانند کاهش شیب گرادیان، گسترش پهنای تاج سد و افزایش مقاومت مصالح ناحیه بالای سد با استفاده از سنگ های بزرگ انجام دادند .[8,9] لیو و همکاران نشان دادند که افزایش عرض تاج، میزان خطر بر روی دال بتنی را کاهش می دهد و شکست دال بتنی اغلب به دلیل از دست دادن مصالح پر کننده اتفاق می افتد. با این حال، هنوز هم ممکن است جابجایی هایی در دال بتنی رخ دهد .[10]
بطور کلی، شتابنگاشت های حاصل شده از حوزه نزدیک گسل دارای مدت زمان موثر کمتری نسبت به شتابنگاشت های ثبت شده از زلزله های حوزه دور خواهند بود.عموماً شتابنگاشت های حوزه نزدیک دارای مولفه های با بسامد بالا بوده و شتابنگاشت های حوزه دور شامل مولفه های فرکانسی پایین هستندمشخصات. زلزله در حوزه نزدیک از گسل شدیداً تحت تاثیر اثر چشمه و شرایط ساختگاه می باشد. برای مثال اثرات چشمه مانند لغزش و جابجایی های غیر یکنواخت بر روی سطح گسل - Asperity - و جهت پذیری - directivity Effect - باعث ایجاد جنبش های نیرومند زلزله و بروز خسارت های زیاد در زلزله های مختلف می شود. با توجه به وسعت کاربرد سدهای سنگریزه ای با رویه بتنی و لرزه خیزی کشور ایران، برآورد ایمنی لرزه ای این سدها دارای اهمیت قابل ملاحظه ای بوده و مقایسه تحلیل دینامیکی این سدها تحت زلزله های حوزه دور و نزدیک می تواند در تشخیص و انتخاب نوع سد در نحوه عملکرد مطلوب آنها موثر باشد.
در یک تقسیم بندی به زلزله هایی که تا فاصله 15 کیلومتری ثبت شده اند زلزله های حوزه نزدیک گسل Near fault - یا - Near source و به زلزله هایی که در فاصله بین 20 الی 70 کیلومتر ثبت شده باشند زلزله های حوزه نزدیک - Near field - و به مقادیر بیشتر از آن زلزله های حوزه دور - Far field - اطلاق می شود. در تحقیقات مختلف انجام شده بر روی مسائل حوزه دور و نزدیک ، فاصله حوزه نزدیک گسل در حدود 20 کیلومتر در نظر گرفته شده است. در مقاله حاضر، فاصله حوزه نزدیک گسل برای شتابنگاشت های ثبت شده را کمتر از 15 کیلومتری مرکز سطحی زلزله و فراتر از آن را حوزه دور - حوزه نزدیک و حوزه ی دور - در نظر می گیریم. شتابنگاشت های ثبت شده در حوزه نزدیک گسلعموماً دارای محتوای فرکانسی بالا، پالس پریود بلند در تاریخچه زمانی سرعت و نسبت بزرگتر حداکثر سرعت به حداکثر شتاب هستند و این مسئله در شتابنگاشت های ثبت شده در حوزه دور به چشم نمی خورد.
این خصوصیات به دلیل پدیده جهت پذیری در مناطق جلوی گسیختگی گسل - Forward directivity - مشاهده می شود، زیرا در انتشار گسیختگی - Rupture propagation - به سمت سایت با سرعتی نزدیک به سرعت انتشار امواج برشی به دلیل ماهیت دامنه بزرگتر و مدت زمان کمتر، بیشترین انرژی لرزه ای ناشی از گسیختگی بصورت یک پالس قوی به سایت می رسد. در حالی که در نواحی پشت به گسیختگی - Backward directivity - پالس مذکور به دلیل داشتن دامنه کوچکتر و مدت زمان بیشتر در شتابنگاشت دیده نمی شود. نکته دیگری که در مطالعه خصوصیات زمین لرزه های حوزه نزدیک حائز اهمیت می باشد این است که مولفه عمود بر امتداد گسل - Fault normal - دارای انرژی بیشتری نسبت به مولفه موازی امتداد گسل - Fault Parallel - است و بین این دو مولفه اختلاف زیاد دامنه ارتعاش در فرکانس های پایین دیده می شود اما در فرکانس های بالا این مقدار به حداقل می رسد .[11,12]
در این تحقیق پاسخ دینامیکی سد سنگریزه ای با رویه بتنی با مشخصات سد علویان با وجود رویه بتنی بجای هسته رسی انجام می شود. به منظور انجام این تحقیق از روش اجزاء محدود و نرم افزار GeoStudio 2007 استفاده شده است که هم اکنون بطور گسترده ای در مسائل مکانیک خاک مورد استفاده قرار می گیرد. هدف اصلی در این مقاله بررسی اثرات حوزه دور و نزدیک گسل بر روی طیف پاسخ شتاب، نشست و جابجایی افقی در سد سنگریزه ای با رویه بتنی نسبت به رکوردهای مختلف وارد شده به آنها می باشد.
.2 مشخصات هندسی و خصوصیات مصالح سد علویان
سد علویان بر روی رودخانه سوفی چای در 3.5 کیلومتری شمال غربی شهر مراغه در استان آذربایجان شرقی احداث گردیده است. این سد از نوع خاکی با هسته رسی بوده و ارتفاع آن از سنگ بستر 80 متر می باشد. طول تاج سد 935 متر و عرض آن 10 متر و حجم کل بدنه سد 4.8 میلیون متر مکعب می باشد. حجم آب مخزن در شرایط تراز نرمال بالغ بر 60 میلیون متر مکعب بوده و حجم مفید آن 57 میلیون متر مکعب می باشد. مقطع عرضی این سد در شکل1 نشان داده شده است.
.3 مدل سازی عددی
مقطع عرضی مدل سد علویان ساخته شده در نرم افزار Geostudio 2007 در شکل2 نشان داده شده است. فرض شده است که ارتفاع سد از بستر 70 متر بوده و بدنه سد از سه نوع مصالح جداگانه شامل ماسه با وزن مخصوص 20 KN/m3 در Zone1، ماسه با وزن مخصوص 19 KN/m3 در Zone2 و دال بتنی با وزن مخصوص 25 KN/m3 در قسمت بالادست مدل سد سنگریزه ای با رویه بتنی می باشد که در تحلیل دینامیکی مورد استفاده قرار گرفته است. مشخصات و خصوصیات ژئوتکنیکی مصالح بکار رفته در سد سنگریزه ای با رویه بتنی در جدول 1 آمده است. همچنین در شکل 3 نیز نمودار تغییرات نسبت میرایی به کرنش برشی - Function Curve - در مصالح بکار رفته در مدل سد نشان داده شده است.
