بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از مهمترین ابعاد مطالعات لرزهخیزي، بررسی اثر ساختگاه بر مشخصات جنبش نیرومند در سطح زمین میباشد که در تمام آییننامههاي به روز دنیا مطرح است. محدودیتهاي ضریب بازتاب در اکثر آییننامه هاي قدیمی زمینلرزه از جمله آییننامه 2800 وجود دارد. در این پژوهش به منظور صحتسنجی آییننامه 2800 از روش المان محدود استفاده شده است. در این راه، با توجه به دادههاي ژئوتکنیکی، خاك نواحی مختلف شهر بابل ارزیابی شده و در 5 تیپ متفاوت بر اساس خواص ژئوتکنیکی و لرزهاي دستهبندي شده است.
در ادامه، ضریب بازتاب این 5 تیپ متفاوت خاك با استفاده از روش غیرخطی و المان محدود بدست آمده است. مقایسه این ضرایب بازتاب با ضریب بازتاب معرفی شده توسط آییننامه 2800 نشان میدهد که این آییننامه در برخی از نواحی غیراقتصادي و در برخی دیگر به شدت غیرایمن میباشد. به عبارتی دیگر بازنگري کلی و در نظرگیري دقیقتر پدیده اثر ساختگاه در آییننامه ضروري به نظر میرسد.
1. مقدمه
یکی از مهمترین ابعاد مطالعات لرزهخیزي، بررسی اثر ساختگاه بر مشخصات جنبش نیرومند در سطح زمین میباشد که در تمام آییننامههاي به روز دنیا مطرح میباشد. وقوع زمین لرزههایی چون 1967 کاراکاس، 1971 سانفرناندو، 1985 مکزیکوسیتی، 1989 لوماپریتا، 1990 رودبار-منجیل، 1999 ازمیت و 2003 بم از تاثیر بالاي ژئوتکنیک محلی بر مشخصات جنبش نیرومند زمین پرده برداشت. محدودیتهاي فاکتور ساختگاه در اکثر آییننامههاي زلزله از جمله آییننامه 2800 ایران وجود دارد که در زیر به برخی از آنها اشاره میشود:
-1 ضرایب کنونی ساختگاه، بزرگنمایی در زلزله با پریودهاي کوتاه را جوابگو نیستند.
-2 ضرایب کنونی ساختگاه، پاسخ غیرخطی ساختگاه - به خصوص در خاكهاي رسی نرم - را در داده هاي متفاوت حرکت ورودي در نظر نگرفته است.
-3 بخش زیادي از آیین نامه 2800 ایران برداشت از آیین نامه UBC 1994 میباشد، که آیین نامه UBC 1994 دست خوش تغییرات اساسی شده و در ویرایش جدید آن اثرات ساختگاه در نظر گرفته شده است.
-4 در آیین نامه 2800 ایران اثر میدان نزدیک ملحوظ نشده است.
-5 پارامترهاي مهم خاك شامل سرعت موج برشی، ضخامت پروفیل، میزان خمیري خاك و مقاومت تک محوري خاك نرم تا کنون تنها در آیین نامه هاي UBC 97 و NEHRP 94 مطرح بوده است و در سایر آیین نامه هاي نادیده گرفته شده است .[4-1] پهنه لرزه خیز ایران و وقوع زمین لرزه مخرب در تاریخ ایران، توجه جدي به بخش زمین لرزه در طراحی و ساخت سازهها را ضروري کرده است.
در سالهاي اخیر تجدید نظر کلی در آیین نامه آمریکا، اکثر کشورهاي زلزله خیز را بر آن داشت تا نگرشی جدید به اثر ساختگاه در تعیین برش پایه طراحی داشته باشند که متاسفانه این موضوع در مورد ایران صادق نمیباشد، لذا در این تحقیق بر آن شدیم تا با مطالعهاي جامع به ارزیابی اثر ساختگاه در شهر بابل بپردازیم و معایب و تناقضهاي موجود با آیین نامه 2800 را شناسایی کنیم.
بدین منظور ساختگاه شهر بابل با ساختگاه نوع 4 آیین نامه 2800 مورد مقایسه قرار گرفته است. در این راه از دادههاي ژئوتکنیکی و همچنین نتایج آزمایشات ژئوفیزیک مانند آزمایشهاي درون گمانهاي بهره برده شده است. همچنین در این پژوهش براي رسیدن به پاسخ واقعبینانه تر از روش غیرخطی کامل استفاده شده است، تحلیلها با نرم افزار قدرتمند المان محدود PLAXIS صورت گرفته است. نتایج آنالیزها به صورت طیف پاسخ سه جانبه ارائه شده و در ادامه ضریب بازتاب - B - حاصل از آنالیزها نیز با ضریب بازتاب آیین نامه 2800 ایران مورد مقایسه قرار گرفته است.
2. اثر ساختگاه و روشهاي تحلیل پاسخ
بررسی بسیاري از زمینلرزههاي ادوار گذشته مشخص ساخته است که شرایط ژئوتکنیک محلی تاثیر به سزایی بر توزیع خرابیها در مناطق مسکونی و شریانهاي حیاتی دارد. با بررسی متون فنی میتوان بیان نمود که رسوبات و نهشتههاي نرم، جنبش زمین را تقویت میکنند، همچنین خرابیهاي ناشی از این نوع رسوبات در هنگام زمین لرزه، نسبت به لایههاي سخت بیشتر است به این پدیده اثر ساختگاه میگویند. اثرات ساختگاهی ناشی از وجود رسوبات نرم، گاه میتوانند موجب تشدید لرزش زمین و به دنبال آن افزایش شدتی در حد 2 تا 3 درجه از مقیاس مرکالی شوند .[5]
تحلیل پاسخ زمین جهت پیش بینی حرکات سطح زمین و تدوین طیف پاسخ طرح براي محاسبه نیروهاي ناشی زلزله به کار میرود. همانگونه که در جدول 1 مشاهده میشود، روشهاي متعدد براي تحلیل پاسخ زمین را میتوان از جنبه هاي متفاوت دسته بندي و بررسی کرد. در این بخش تحلیل یک بعدي غیرخطی به صورت مختصر بحث میگردد.
تحلیل یک بعدي: تحلیل یک بعدي پاسخ زمین بر پایه فرضیاتی چون افقی بودن مرز لایهها و اینکه پاسخ یک توده خاك عمدتاً در اثر امواج SH که از سنگ بستر به صورت عمودي منتشر میشوند، استوار است. براي تحلیل یک بعدي پاسخ زمین فرض میشود که سطح خاك و سنگ بستر در جهت افقی تا بینهایت ادامه دارند. روشهاي متداولی براي تحلیل یک بعدي وجود دارند که به اختصار به شرح آنها میپردازیم.
تحلیل غیر خطی: تحلیل پاسخ غیرخطی واقعی توده خاك با بهره گیري از انتگراسیون مستقیم عددي در حوزه زمان میباشد. با انتگرال گیري از معادله حرکت در گامهاي کوتاه زمان، هر مدل تنش- کرنش خطی یا غیرخطی یا مدل رفتاري پیچیده را میتوان حل نمود. در ابتداي هر گام زمانی به رابطه تنش-کرنش رجوع میشود تا خصوصیات مناسب خاك که بایستی در آن گام زمانی به کار روند مشخص گردد. با این روش یک رابطه تنش-کرنش غیرخطی غیر الاستیک را میتوان در یک مجموعه گامهاي رشد کوچک خطی به کار برد .[6]
3. وضعیت ژئوتکنیکی و لرزه خیزي ناحیه مطالعاتی
شهرستان بابل بین 36 درجه و 5 دقیقه و 36 ثانیه عرض شمالی و 52 درجه و 30 دقیقه و 45 ثانیه طول شرقی از نصفالنهار گرینویچ واقع شده است، این شهر در 13 کیلومتري جنوب دریاي مازندران قرارگرفته است و رشته کوه البرز نیز حدوداً در 10 کیلومتري جنوب بابل قرار دارد و رودخانه بابلرود نیز از غرب این شهر میگذردبافت. و ضخامت رسوبات در شهر بابل عمدتاً متاثر از رسوب گذاري رودخانه بابلرود و نیز رسوبات ساحلی دریاي مازندران میباشد. بعد از آخرین پسروي دریا مازندران ساحل کنونی این دریا در حدود 5 کیلومتر با شهر بابل فاصله دارد، اما در گذشته ساحل دریا جلوتر بوده است. لذا انتظار میرود در عمق به رسوبات دریایی برخورد شود.
در این پژوهش تعداد 35 گمانه ژئوتکنیکی با عمق 30 متر از منابع مختلف گردآوري شده است، شکل 1 گستره طرح و موقعیت گمانهها را نشان میدهد. با استفاده از گمانه هاي نام برده و به کار گیري نرم افزار Rockworks، وضعیت بافت خاك در شهر بابل بدست آمده است. بررسی نقشههاي بافت خاك در اعماق مختلف نشان میدهد که در حاشیه بابلرود و در غرب شهر تغییرات بافت خاك زیاد است در حالی که در بخش شرقی شرایط نسبتاً همگنتر است و خاك ریز دانهتر میباشد. در بخش مرکزي نیز با توجه به تغییر مسیر رودخانه بابلروداحتمالاًٌو شاخههاي فرعی آن تغییراتنسبتاًٌ زیاد است.
به طرف عمق و از شمال به جنوب به صورت کلی بافت خاك درشتتر میشود بطوریکه از عمق 20 متر به بعد لایه شن مشاهده میگردد. نتایج آزمایشات ژئوتکنیک نشان میدهد تراکم خاك در منطقه بسیار کم است. سطح آب زیرزمینی که در سطح شهر بالا میباشد، این موضوع خطر ایجاد روانگرایی را در اثر وقوع زلزله در پی خواهد داشت. بنابراین ضروري به نظر میرسد تا اثرات این پدیده، در طراحی ساختمانها، پلها، سدها و سازههاي نگهدارنده در نظر گرفته شود.
با توجه به نقشه لرزه زمین ساخت ایران و زمینلرزههاي رخ داده، به نظر میرسد که محدوده طرح از نظر لرزهاي فعال است. بر اساس مطالعات انجام شده و کاتالوگ زمینلرزهها، رویدادهاي لرزهاي این منطقه اساساً از نوع کم عمق میباشند.گستره طرح و پیرامون آن تا شعاع 150 کیلومتري در دو زون لرزه اي رشت-گرگان و البرز مرکزي قرار میگیرد. در طول سالیان گذشته، زون البرز مرکزى شاهد زمینلرزههاى متعددى بوده است. نگاهی به زمینلرزههاى تاریخی نشان میدهد در طول تاریخ بارها زمینلرزههاى مخرب باعث ویرانی و تخریب شهرها و روستاهاي این گستره شده است.
از جمله زمین لرزه هاي تاریخی و دستگاهی مهم ثبت شده در این ناحیه میتوان به زمین لرزه هاي22 دسامبر 856 میلادي قومس، 23 فوریه 958 میلادي ري- طالقان، 1301 میلادي فریم، 27 مارس 1830 میلادي دماوند- شمیرانات، 2 اکتبر1930 میلادي مباركآباد، 11 آوریل1935 میلادي کسوت، 2 ژوئیه1957 میلادي بند پی، 9 آگوست 1971 میلادي بابلکنار، 28 می 2004 فیروزآباد کجور و 16 ژانویه 2012 مرزي کلا اشاره کرد.
4. مدلسازي المان محدود و گامهاي طراحی
نرم افزار المان محدود PLAXIS در سال 1987 توسط دانشگاه صنعتی DELFT هلند تهیه شده است و یکی از قويترین نرم افزارهاي موجود براي تحلیل محیط خاکی و سنگی میباشد. به طور کلی نحوه حل مسائل را میتوان به سه بخش تقسیم کرد که در زیر معرفی میگردند.
