بخشی از مقاله
خلاصه
ارزیابی پاسخ زمین یکی از معمول ترین و مهم ترین مسائلی است که در ژئوتکنیک لرزه اي مطرح است. تحلیل هاي پاسخ زمین جهت پیش بینی حرکات زمین و تدوین پاسخ طرح بمنظور تعیین تنش ها و کرنش هاي دینامیکی براي ارزیابی خطرات روانگرایی، محاسبه نیروهاي ناشی از زلزله که می تواند سبب ناپایداري زمین و سازه گردد بکار می روند. از این رو در این مقاله سعی گردید تحلیل پاسخ لرزه اي یک بعدي یک ستون خاك آبرفت درشت دانه سیمانته، از طریق تفکیک رفتار خاك سیمانته به دو بخش غیر سیمانته و باند هاي سیمانته و مدل سازي رفتار این دو بخش بصورت مجزا و ترکیب آنها بر اساس قوانین بقاي انرژي و سازگاري تغییرشکل ها صورت گیرد. به این منظور با استفاده از نرم افزار متلب، تحلیل خطی الاستیک یک بعدي در حوزه زمان به روش نیومارك بتا به حل معادله دینامیکی حرکت، حاصل از مدل جرم متمرکز - تشکیل ماتریس جرم، سختی و میرایی - درگام هاي زمانی مختلف پرداخته و مقدار شتاب حداکثر، سرعت و تغییرمکان بر روي سطح آبرفت سیمانته با استفاده از شتاب مبنا - شتابنگاشت بر روي سنگ بستر - محاسبه گردید.
کلمات کلیدي: تحلیل طیف پاسخ، آبرفت درشت دانه سیمانته، سیمانتاسیون، باندهاي سیمانی
1. مقدمه
روش هاي تحلیلی متعددي براي آنالیز پاسخ لرزه اي زمین، از اوایل قرن بیستم تاکنون ارائه شده که به طور کلی از لحاظ رفتاري به سه دسته خطی، معادل خطی و غیرخطی تقسیم می شوند. لذا محققین متعددي سعی در ارائه روش هایی دارند که در عین سادگی، نتایج قابل قبولی را ارائه دهند به عنوان نمونه پس از Schnabel et al - 1972 - که روش خطی معادل را در اوایل دهه 70 میلادي ارائه نمودندYoshida et al - 1994 - .[1] روابطی ارائه کردند که طی آن تاثیر فرکانس زلزله ورودي را بر نحوه محاسبه تراز کرنش برشی موثر در روش خطی معادل درنظر گرفته اند.[16] روش هاي پیشنهادي این محققین گرچه به همگرایی سریعتر محاسبات منجر می گردید لیکن نیازمند برآورد دو فرکانس پایه است. فرکانسی که در آن ماکزیمم کرنش برشی در خاك حادث می شود و دیگري فرکانس بارگذاري است که طی آن، بنا بر نظر این محققین، تاثیر رابطه ارائه شده از سوي آنها در محاسبه کرنش برشی موثر ناچیز می شود همین مساله از جمله اشکالات عمده وارد شده به رابطه ارائه شده از سوي Yoshida et al - 1998 - است چرا که رابطه آنها داراي ابهاماتی است که عمدتا به برآورد نمودن فرکانس دوم باز می گرددAssimaki et al - 2000 - .[17]
نیز با ارائه روشی چگونگی وابستگی مدول و میرایی توده خاك را به فرکانس بارگذاري مطرح نموده اند ضمن اینکه این محققین با اشاره به مواردي که طی تجربیات آنها به عدم همگرایی روش خطی معادل منجر شده، روش محاسباتی را ارائه نمودند که به حل پاره اي از مشکلات مطرح شده از جانب آنها انجامیده است.[4] روش پیشنهادي اخیر با دقت مناسبی وابستگی پارامترهاي مدول برشی و میرایی را به فرکانس بارگذاري ارائه می نماید اما سرعت پایین محاسبات و پیچیده شدن روند ساده محاسباتی روش خطی معادل، از اشکالات در روش پیشنهادي - Assimaki et al - 2007 است. همچنین Lo Presti et al - 2006 - با کمک روش تفاضلات محدود و همین طور روش گام به گام ویلسون θ به آنالیز طیف پاسخ لرزه اي زمین در حوزه زمان پرداخته اند. روش پیشنهادي این محققین از دقت مناسبی برخوردار است.
بهمین دلیل بکارگیري این روش به لحاظ تئوري است. تعداد زیاد داده هاي ورودي، نشان دهنده این موضوع است که آزمایشات متعدد و متنوعی بمنظور استحصال این داده ها موردنیاز است، این موضوع نیز به صرف هزینه و زمان می انجامد. همچنین Huang et al - 2001 - به برآورد احتمال بروز روانگرایی به کمک آنالیز غیرخطی پاسخ لرزه اي زمین پرداخته اندBorja et al - 1999 - .[18] نیز سعی در تکمیل و بیان قابلیتهاي موجود در روش هاي آنالیز غیرخطی پاسخ لرزه اي زمین از طریق مقایسه نتایج ثبت شده حقیقی با نتایج آنالیز شده خود نموده اند. دیگر محققی که در زمینه آنالیز غیر خطی پیشرفت هاي بسیار چشمگیري داشته Hashash et al - 2009 - می باشد که به ارائه فرمول ماتریس میرایی مستقل از فرکانس و همچنین ارائه برنامه DEEPSOIL که در مقایسه با نرم افزار SHAKE به انجام آنالیز غیرخطی در حوزه زمان می پردازد.[8]
بطور کلی تحلیل هاي طیف پاسخ صورت گرفته بیشتر بر روي خاك هاي غیرسیمانته بوده و بر روي خاك هاي سیمانته - خاك و باند هاي سیمانته - تحلیل هاي دینامیکی صورت نگرفته است. خاك هاي سیمانته عموما به دلیل تاثیرات شیمیایی مصالح موجود در آب هاي زیر زمینی به وجود می آیند. سیمانتاسیون باعث ایجاد یک سري باند هاي سیمانته قوي یا ضعیف بین اجزا خاك می شود. کربنات ها، سیلیکات ها، دي اکسید آهن و گچ معمولا از عوامل سیمانتاسیون موجود در طبیعت هستند. این باند ها بطور چشمگیري بر روي رفتار مکانیکی خاك هاي سیمانته تاثیر می گذارند. بطور کلی سیمانتاسیون منجر به افزایش سختی و تردشوندگی خاك و کاهش میرایی مصالح می گردد. از جمله محققینی که بر روي رفتار مکانیکی خاك هاي سیمانته کار کرده اند می توان به Hamidi and Haeri - 2006 - ، Haeri and Asghari - 2004 - اشاره کرد.
.2 روش تحقیق
براي تحلیل دینامیکی طیف پاسخ لرزه اي یک بعدي آبرفت هاي درشت دانه سیمانته از مدل رفتاري Vaunat and Gens - 2004 - که رفتار تنش و کرنش خاك هاي سیمانته را به دو بخش خاك غیر سیمانته و باند سیمانته تقسیم کرده است استفاده می شود. لذا بررسی تغییرشکل و انرژي هر دو قسمت - خاك و باند سیمانته - باید درنظر گرفته شود. با توجه به توضیحات داده شده در بخش هاي قبلی، پاسخ لرزه اي زمین با استفاده از روش خطی الاستیک در حوزه زمان از طریق مدل جرم مترمرکز و با استفاده از مدول برشی و ضریب میرایی ثابت در هر لایه جهت مدلسازي رفتار خاك غیرسیمانته و بدست آوردن طیف پاسخ آبرفت از طریق روش نیومارك بتا و سپس بدست آوردن طیف پاسخ آبرفت سیمانته از طریق مدل رفتاري Vaunat and Gens - 2004 - صورت می گیرد. سپس به کمک انتگرالگیري در گام هاي زمانی کوچک به تحلیل پاسخ لرزه اي زمین می پردازند - . - Kramer. 1996
.3 مدل جرم متمرکز-فنر
مدل یک بعدي سید و ادریس 1968، بر اساس جرم هاي متمرکز و جداگانه اي است که به کمک فنر به همدیگر متصل شده اند. این مدل در ابتدا فقط بستر صلب را شامل می شود امابعداً با اصطلاحاتی براي بستر ارتجاعی نیز تعمیم یافت. در این روش لایه خاك مورد بررسی و مطالعه با ترکیبی از جرم، فنر و میراگر مدل می شود. در این روش رفتار خطی الاستیک خاك به وسیله فنر خطی و میراگر خطی قابل شبیه سازي است. در ذیل حل عدد ارتعاشات لایه هاي افقی خاك با روش جرم متمرکز و فنر به اختصار تشریح می گردد. روش جرم متمرکز سید و ادریس را می توان براي خاك متشکل از چندین لایه با خواص مختلف الاستیک خطی بکار گرفت که این جرم هاي متمرکز - , . . . , , - در شکل 2 نشان داده شده اند و در آن: جرم متمرکزي است که در بالاي لایه شماره 1 قرار داده می شود و وزن مخصوص لایه شماره 1 و ℎ ضخامت آن می باشد و این جرمها با فنرهایی که در برابر حرکت جانبی مقاومت می کند بهم متصل می باشند. =
