بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

مقایسه ارزیابی پتانسیل روانگرایی با روش هاي مقاومت نفوذ استاندارد ( SPT) و اندازه گیري سرعت موج برشی ( VS) در شهر ستان بابلسر

خلاصه
روانگرایی در خاکها به عنوان یکی از عوامل ویرانگر زلزله ها همواره یکی مهمترین موضوعات مهندسی ژئوتکنیک لرزه اي می باشد. بررسی این پدیده و اثرات ویران کننده ي آن از سال 1964 یعنی پس از زلزله ي Good Friday در آلاسکا و همچنین زلزله ي نیگاتاي ژاپن آغاز و تا کنون نیزمورد توجه بوده است. در ایران نیز می توان به نمونه هایی از خرابی هاي ناشی از روانگرایی در زلزله ي رودبار- منجیل ( 1369) اشاره کرد . در این مطالعه ارزیابی پتانسیل روانگرایی شهرستان بابلسر با استفاده از دو روش صحرایی آزمایش مقاومت نفوذ استاندارد ( SPT) و اندازه گیري سرعت موج برشی ( VS ) و مقایسه ي نتایج حاصل از آن ها مورد توجه قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان میدهد که در ارزیابی قابلیت روانگرایی یا تحرك دوره اي با هر یک از دو روش فوق ، انطباق معقولی وجود دارد .


1. مقدمه

افزایش فشار آب منفذي در خاك هاي ماسه اي و لایه هاي سست اشباع در هنگام زلزله بر اثر تمایل خاك به کاهش حجم منجر به کاهش تنش همه جانبه در خاك می شود . در این حالت مقاومت برشی خاك به شدت کاهش می یابد و به مقدار صفر نزدیک می شود . به این پدیده روانگرایی می گویند . این پدیده خود را به صورت نشستهاي قابل توجه ، ایجاد ترك و بازشدگی ، فوران گ ل و آب ، جوشش ماسه و تراوش آب از خلل و فرج موجود در سطح زمین نشان می دهد. از عوامل موثر بر وقوع بر روانگرایی می توان به بزرگاي زلزله و مدت زمان آن ، تخلخل ، تراکم نسبی ، درصد ریزدانه و نشانه خمیري خاك و دامنه تنش برشی اعمالی بر توده خاك در زمان زلزله اشاره نمود.[ 1 ]

تا اویل دهه 1960 میلادي، نقش خاك در رفتار سازه ها در هنگام زلزله توجه بسیار کمی را از سوي مهندسین ژئوتکنیک به خود جلب نموده بود. اما چند حادثه ي فاجعه بار شامل زمین لغزه هاي انکوریج، والدز و سوارد در زلزله 1964 آلاسکا، روانگرایی وسیع در نیگاتاي ژاپن در زلزله 1964 و بستگی قابل توج ه میان شدت خسارات سازه اي و شرایط خاك محلی در زلزله 1967 کاراکاس ونزوئلا، توجه زیادي را به زمینه ي کلی دینامیک خاك زلزله اي براانگیخت. اهمیت عمومی ایمنی نیروگاههاي اتمی، توجه اخیر به ایمنی سدها و برنامه ي بنیاد ملی علوم براي کاهش خطرات، موجب شده اند که مطالعات پژوهشی و طراحی در این زمینه از رشد چشمگیري برخوردار باشد به نحوي که اکنون بخش مهمی از کار بسیاري از شرکت هاي مهندسی ژئوتکنیک و موسسات پژوهشی را این گونه مطالعات تشکیل می دهند. با افزایش توجه و فعالیت در این زمینه، به تدریج این نیاز احساس می شود که روش هاي طراحی و سایر نکات مهندسی ژئوتکنیک زمین لرزه باید به صورت ساده و مستقیم ارائه شوند.

در سال هاي اخیر روش هاي آزمایشگاهی و صحرایی متعددي جهت ارزیابی مقاومت روانگرایی خاك ها ارائه شده است. از جمله روش هاي ارزیابی صحرایی می توان به استفاده از آزمایش مقاومت نفوذ استاندارد ( SPT ) ، آزمایش نفوذ مخروط ( CPT ) و آزمایش هاي ژئوسایزمیک با اندازه گیري سرعت موج برشی اشاره نمود. در شکل 1 موقعیت انجام آزمایش نشان داده شده است.

شکل -1 موقعیت محدوده مورد بررسی گمانه ها در اس تان مازندران

دایره ي قرمز نشان داده شده در نقشه نشان دهنده ي محل انجام آزمایش SPT می باشد.

یکی از مهمترین پارامترهاي مورد نیاز آنالیز دینامیکی سازه هاي خاکی سرعت موج بر شی لایه هاي زمین می باشد . سرعت موج برشی لایه هاي خاك را می توان به دو روش تعیین کرد . روش اول اندازه گیري مستقیم سرعت موج برشی با آزمایشات لرزه اي و روش دوم استفاده از روابط تجربی بین سرعت موج برشی ( VS) و تعداد ضربات آزمایش نفوذ استاندارد ( SPT ) می باشد با توجه به اینکه روش اول پرهزینه می باشد ، اکثرا از روش دوم استفاده می گردد . در روش دوم سرعت موج برشی لایه هاي خاك بر اساس نتایج آزمایش SPT و با کمک روابط تجربی موج بین VS و عدد SPT تعیین می شود.
بررسی روابط تجربی مختلف ارائه شده توسط محققان نشان می دهد که به ازاي یک عدد SPT معین سرعت هاي موج برشی متفاوتی بدست می آید. بنابراین داشتن یک رابطه ي تجربی مناسب براي تخمین سرعت موج برشی از اهمیت بالایی برخوردار است.
لذا در ت خمین سرعت موج برشی به روش نفوذ استاندارد از رابطه ي جعفري و همکاران ( 1997) بدلیل همبستگی خوب این رابطه با شهرستان بابلسر استفاده شده است:

: N عدد SPT اص لاح نشده می باشد.

براي بر آورد روانگرایی خاك با استفاده از Vs ، روش ارائه شده توسط انستیتو ملی تکنولوژي و تحقیقات آمریکا ( NIST,1999 ) مورد استفاده قرار گرفته است. این انستیتو در سال 1999 ضمن بررسی کلیه مطالعات آزمایشگاهی ، مطالعات تحلیل ، روابط میان نتایج آزمایشگاهی نفوذ استاندارد و سرعت موج برشی و داده هاي صحرایی و اندازه گیري سرعت موج برشی در محل تا آن زمان و با مقایسه نتایج حاصل از روابط بین نسبت مقاومت تناوبی ( CR R ) و سرعت موج برشی اصلاحی ( Vs) که توسط روبرتسون و همکاران ، کاین و همکاران ، لوژدر و آندروس و همکاران بدست آمده بود منحنی هایی را ارائه نمود که به لحاظ جامعیت ، در مطالعات حاضر از آنها استفاده شده است.[ 2 ]

روش اصلاح شده سید و همکاران [1-3 ] و آئین نامه ي طراحی پل هاي شاهراهی ژاپن [4 ] ب اي ارزیابی روانگرایی خاك با استفاده از SPT بدلیل اعتبار و معمول بودن آن ها در مطالعات روانگرایی در ایران و سایر کشورها بکارگفته شده است.


2. ارزیابی پتانسیل روانگرایی با استفاده از روش مقاومت نفوذ استاندارد ( SP T )

در ارزیابی روانگرایی خاك هاي ماسه اي با استفاده از نتایج آزمایش SPT ابتدا مقدار نسبت مقا ومت برشی تناوبی توده خاك ( CRR ) بر اساس نتایج آزمایش SPT پس از اعمال ضرایب اصلاحی و بکار گیري نمودارهاي مربوط که توسط سید و همکاران [ 3 ] در سال 1983 ارائه شده بدست می آید. بدین منظور بزرگاي زمینلرزه برابر 7.5 فرض شده است. جزئیات روابط جهت محاسبه ي CRR د ر این روش ، در [2 ] آورده شده است.

در محا سبات انجام شده با توجه به نقشه ي پهنه بندي موجود در استاندارد 2800 مق دار شتاب ثقل زمین در شهرستان بابلسر 0.3g برآورد گردیده است.
جهت ارزیابی خاك هاي از نوع لاي از آیین نامه ي پل هاي شاهراهی ژاپن [ 4 ] استفا ه شده است. این روش توسط ایواساکی در سال 1978 پیشنهاد شده و مشابه روش سید و ادریس است و همان مراحل فوق را طی می کند. [5 ] جزئیات روابط جهت محاسبه ي CRR در این [ 6 ] آورده شده است.

3. ارزیابی پتانسیل روانگرایی با استفاده از اندازه گیري سرعت موج برشی

ارزیابی خاك هاي مستعد روانگرایی (ماسه و لاي ) با استفاده از مقدار سرعت موج برشی روشی جدید است از این رو مطالعات انجام یافته در این زمینه نیز محدود است. در این روش از مقدار سرعت موج برشی خاك براي ارزیابی مقاومت روانگ رایی آن استفاده می شود. چنانکه گفته شد یکی از مهمترین مراجع مو جود در این روش ، نمودار هاي ارائه شده توسط انستیتو ملی تحقیقات و تکنولوژي آمریکا که در سال 1999 منتشر شده می باشد [ 7 ] و این مرجع در مطالعات حاضر مورد استفاده قرار گرفته است. [2 ] در شکل 2 تنش سیکلیک بر حسب سرعت موج برشی را مشاهده می نمایید.


شکل.2 رابطه ي مقاومت روانگرایی براي زلزله هایی با بزرگی 7.5، اندروس و استوکو . [7 ] 1997

4. نتایج آ زمایشگاهی

در حال حاضر عموما علت اساسی روانگرایی خاك هاي غیرچسبنده اشباع در هنگام زلزله، به واسطه ایجاد اضافه فشار هیدرواستاتیکی ناشی از اعمال تنش هاي برشی دوره اي مربوط به حرکت هاي زمین نسبت داده می شود. لذا اگر خاك ساختگاه داراي تراکم نسبی زیاد و مقاومت برشی بالا باشد احتمال کمی وجو د خواهد داشت که خاك تحت تنش هاي برشی دچار گسیختگی گردد . تنش برشی خاك در حالت کلی تابعی از زاویه ي اصطکاك داخلی خاك ساختگاه می باشد. در نمودارهاي زیر ارتباط زاویه ي اصطکاك داخل ی خاك منطقه ي مورد نظر با تعداد ضربات آزمایش ضربه به همراه تابع درون یابی لگاریتمی آن ارائه شده است. شکل 5 نیز نحوه ي تغییرات مقدار عدد SPT را بر حسب عمق و شکل 6 نحوه ي تغییرات سرعت موج برشی خاك بر حسب عمق را نشان می دهد.


5. تحلیل نتایج
5.1 نتایج محاسبات براي آزمایش نفوذ استاندارد
در 38 لوگ گمان ه ي زده شده در بابلسر 4 گمانه بدلیل قابل اطمینان نبودن به نتایج کنار گذاشت ه شده و در مجموع اطلاعات34 گمانه بررسی و نتایج حاصل در جدول زیر دسته شده اند.
همچنین شاخص پ انسیل روانگرایی به روش نفوذ استاندارد براي گمانه هاي بررسی شده در جدو ل 1 ارائه شده اند.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید