بخشی از مقاله
چکیده
زمینلرزه یکی از مخرب ترین بلایای طبیعی است، که همواره جوامع انسانی را از لحاظ مالی و جانی تهدید میکند. افزایش مقاومت زمین و سازه ها در برابر نیروی زلزلهی احتمالی، اساس پیشگیری فاجعهی زلزله است. دو عامل مهم در طراحی سازههای مقاوم در برابر زلزله، سختی و ضخامت رسوبات زیر یک ساختگاه است. بخش قابل توجهی از خسارات مشاهده شده در ارتباط با تخریب سازه ها، رفتار قشرخاک روی سنگ بستر به هنگام وقوع زمین لرزه است، که به عنوان اثرساختگاه شناخته می شود. یکی از روش های موجود در ارزیابی اثرات ساختگاهی روشهای تجربی است که مبتنی بر رکوردها و اندازهگیری های حرکت زمین شامل رخداد زلزله و ارتعاشات دائمی زمین - میکروترمور - میباشد، از آنجا که میکروترمورها دارای اطلاعات با ارزشی از خاک محل میباشد استفاده از میکروترمورها به منظور تعیین واکنش محل در برابر زلزله به ویژه در مناطق شهری به علت سرعت و سهولت در برداشت، صرفه اقتصادی و غیرتخریبی بودن بسیار مورد توجه قرار گرفته است. روشهای تجربی اندازهگیری میکروترمورها شامل تکنیک های آرایهای و غیرآرایهای - تک ایستگاهه - می باشند.در این تحقیق مروری بر روی روشهای تجربی تعیین اثر ساختگاه با استفاده از میکروترمورها، شامل روشهای فرکانس-عددموج، خودهمبستگی مکانی، وابسته به ساختگاه مرجع و مستقل از ساختگاه مرجع، صورت گرفته است. و با بیان ویژگیهای اساسی هریک از این روشها، تواناییها و نقاط ضعف هر روش مورد بررسی قرارگرفته شد.
واژههای کلیدی:اثر ساختگاه، میکروترمور، فرکانس- عدد موج، خودهمبستگی مکانی، نسبت طیفی استاندارد، نسبت طیفی مؤلفهی افقی به قائم.
-1 مقدمه
تاکنون شاهد زمینلرزههای بسیار بزرگ و مخربی که هر چند سال یکبار روی میدهد بودهایم. از سوی دیگر، جمعیت رو به رشد و احداث ساختمان-های مرتفع، همچنین پیشرفت صنعت و نیاز به گسترش ابنیههای فنی بیش از پیش نیازمند مطالعات لرزهخیزی است. هر ساختگاه یک فرکانس طبیعی دارد که در آن حرکات زمین تشدید میشود و همچنین هر سازهای نیز فرکانس طبیعی مخصوص به خود را دارد. اگر فرکانس سازه با فرکانس زمین یکی شود پدیده تشدید رخ میدهد و سازه بیشترین خسارت را متحمل میشود. یکی از مسائل مهم در ارتباط با تخریب سازهها، رفتار قشرخاک روی سنگ بستر به هنگام وقوع زمین لرزه است، که به عنوان اثرساختگاه شناخته می شود. توزیع خرابی های ناشی از زلزله نشان داده است که اثرات ساختگاهی ناشی از زمینلرزه در فواصل بسیار کم میتواند تغییرات زیادی از خود نشان دهد.
بیشتر نواحی شهری بر روی رسوبات آبرفتی قرارگرفتهاند از آنجا که نهشتههای رسوبی و خاکهای تحکیم نیافته و خاکریزها قادر به تقویت امواج زمینلرزه در فرکانسهای معینی هستند. [1]مطالعه بر روی زلزلههای رخ داده در شهرهایی مانند کوتو 1923 - 1 - ، مکزیکو - 1985 - ، اسپیتاک - 1989 - 2 و کوبی - 1995 - 3، تأثیر آبرفتها و خاکهای نرم را بر روی بزرگنمایی زلزله آشکار کرد. با توجه به ارزیابی اثرات ساختگاهی بر روی حرکات لرزهای، امروزه در مطالعات مهندسی زلزله و برنامههای کاربردی، توجه به اثرات ساختگاهی اهمیت زیادی پیدا کرده است.روش های موجود در ارزیابی اثرات ساختگاهی را میتوان به دو دسته تجربی و تئوری تقسیم نمود.
روشهای تجربی مبتنی بر رکوردها و اندازه گیری های حرکت زمین میباشد، در حالی که روشهای تئوری بر پایه اطلاعات ژئوتکنیکی استوار است که عمدتا با روش های عددی صورت می-گیرد .[2]یکی از مسائل مهم مربوط به ساختمانهای شهری و صنعتی، رفتار دینامیکی قشر خاک قرار گرفته روی لایههای سخت شده و سنگ کف در زمان وقوع زلزله است که درسالهای اخیرکمتر مورد توجه قرار گرفته است. و علت آن این است که برای تعیین این رفتارهای دینامیکی نیازمند رکوردهای زلزله یا انفجار با شدتهای مختلف میباشیم و از آنجا که جمع-آوری چنین رکوردهایی حتی در مناطق زلزله خیز بسیار پرهزینه است و زمان زیادی را طلب میکند.
همچنین استفاده از اطلاعات گمانهای و داشتن تغییرات سرعت امواج در لایههای مختلف زمین نیازمند آزمایشهای ژئوتکنیکی و ژئوفیزیکی است در نتیجه بررسی این رفتارهای دینامیکی بسیار پرهزینه و وقتگیر میباشد .[3]امروزه استفاده از روشهای میکروترمورها که ارتعاشات دائمی سطح زمین با دامنه کوتاه، ضعیف و پریود پایین هستند، و ناشی از فعالیتهای انسانی و پدیدههای طبیعی میباشند، به منظور تعیین واکنش محل در برابر زلزله به علت سادگی و اقتصادی بودن بسیار مورد توجه قرار گرفته است. که فرکانس تشدید و ضریب بزرگنمایی آبرفت و تعیین سرعت موج برشی برآورد میشود. با استفاده از روشهای میکروترمورها میتوان ، نواحی وسیعی را در مدت زمان کوتاهی مورد بررسی قرار داد.
-2 بحث و روش تحقیق
همانطور که گفته شد تجزیه و تحلیل میکروترمورها شامل روشهای آرایهای و روشهای تک ایستگاهه میباشند. ازجمله روش های آرایهای رایج که بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از: روش فرکانس- عددموج - کاپون4 ، لاکس و همکاران، - 1969، روش خودهمبستگی مکانی - آکی5، - 1957 و روشهای تک ایستگاهه را میتوان به دو دسته اصلی تقسیم بندی کرد:
الف - روشهایی که پاسخ سایت با توجه به یک سایت مرجع بر روی یک سنگ سخت محاسبه میشوند.
ب - روشهایی که به یک سایت مرجع نیاز ندارند و مستقل از ساختگاه مرجع میباشند.
1-2 روش های آرایهای
1-1-2 روش فرکانس- عددموج
در تحلیل فرکانس - عددموج - F-K - فرض بر این است که امواج تخت افقی در عرض آرایه ای شامل گیرنده ها عبور می کند - لاکوس و همکاران، 1969؛وارنا و رینگدال، . - 1986 با فرض انتشار موجی با فرکانس f، مسیر انتشار و سرعت معلوم - یا معادل آنها و ، که به ترتیب عددموج در راستای محورهای افقی x و y هستند - میتوان زمان رسید نسبی را در مکان هریک از گیرندهها محاسبه کرد و فازها را باتوجه به تأخیر زمان رسید جابهجا ساخت. خروجی آرایه را میتوان با جمع سیگنالهای جابه جا شده در حوزه بسامد بهدست آورد .[4] و بر این اساس است، که یک فرآیند تصادفی ثابت را میتوان بوسیله یک تابع چگالی طیفی مشخص کرد، که اطلاعات مربوط به توان یک تابع فرکانس را فراهم میکند. [6] تابع چگالی طیف فرکانس-عددموج از نویزهای لرزهای ثبت شده در نقاط مختلفی از سنسورهای یک آرایه تخمین زده میشود - [7]شکل. - 1تابع چگالی طیف توان F-K براساس رابطه - 1 - محاسبه میشود.در این رابطه تابع وزنی W - , - که پاسخ آرایه نامیده میشود، مربوط به موقعیت ایستگاههای - - , توزیع شده در آرایه است که توسط رابطه - 2 - محاسبه میگردد.که N بیانگر تعداد ایستگاههای آرایه موردنظر، مشخصه تأخیری در هر ایستگاه نسبت به مرکز آرایه، و عددموج و مقدار فرکانس میباشد.[8]
2-1-2 روش خودهمبستگی مکانی
روش خودهمبستگی مکانی - - SPAC 1 برای شناسایی طبیعت امواج لرزهای زمینه و همچنین شناخت خصوصیات انتشار امواج معرفی شد. این روش برای برآورد منحنیهای پاشش امواج سطحی از راه تحلیل میزان همبستگی بین نوفههای ثبت شده در ایستگاههای نزدیک به یکدیگر طراحی شده است. با استفاده از این منحنیها میتوان ساختار لایههای زیرسطحی را مشخص کرد. ازآنجاکه این روش مبتنی بر بررسی های آماری در زمان و مکان است، فرض میشود که سیگنال ثبت شده یک نوفه تصادفی است که در هر دو حوزه زمان و مکان پایا است .[4] با این فرض که میدان موج میکروترمور با ثبت تصادفی و ثابت در فضا و زمان شامل انتشار امواج سطحی با قدرت یکسان در تمام جهات افقی است، رابطه موجود بین چگالی طیف در فضا و زمان را میتوان بدست آورد - آکی، .[10] - 1957
در مورد روش SPAC ، یک ترکیب آرایه ای دایرهای با یک سنسور واقع در مرکز و 1 1 سنسور که روی محیط توزیع شده با فاصله آزیموتی برابر فرض میشود - اوکادا2، 2003، اهوری3 و همکاران، 2002 - ، - شکل. - 2 با ضریب خودهمبستگی فضایی مناسب تابع بسل، میتوان سرعت فاز را تخمینزد و در نتیحه منحنی پراکندگی را بدست آورد. [6 ]ضریب خودهمبستگی با رابطه - 3 - تعریف میشود.در رابطه فوق J0 تابع بسل مرتبه صفر ، c سرعت فاز در فرکانس ، ∅ - = 0, - میانگین تابع خودهمبستگی در مرکز آرایه، ∅ - r, θ, ω - تابع کراس کرولیشن بین رکورد در مختصات قطبی - r, θ - و رکورد در مبدأ میباشد .[10]
2-2 روشهای غیرآرایهای - تک ایستگاهه -
