تعداد صفحات: ۱۷۰ | قابل ویرایش
فهرست مطالب
عنوان صفحه
۱ – مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………. ۱
۲- تاریخچه تحقیقات و مطالعات انجام شده…………………………………………………………………………………… ۴
۲-۱-شواهد تجربی ومطالعات درخصوص اثرات ساختگاه تیز گوشه و مثلثی شکل بر پاسخ زمین………۴
۲-۲- مطالعات نظری و تحلیلهای عددی عارضه مثلثی شکل……………………………………… ……………..۱۹
۲-۳- مطالعات انجام شده در رابطه با تحلیلهای پارامتریک عوارض تیزگوشه و مثلثی شکل……………. ۲۶
۳- پدیده انتشار امواج دو بعدی و حل عددی معادلات آن . …………………………………………………..۳۷
۳-۱- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………..۳۷
۳-۲- انواع مختلف ناهمواریها ……………………………………………………………………………………….۳۸
۳-۳- علل تقویت امواج لرزه ای ……………………………………………………………………………. …….۰۴
۳-۳-۱- اثر سطحی( Surface Effect) …………………………………………………………. ……..04
۳-۳-۲- اثر کانونی شدن (Focusing Effect ) ………………………………………………………42
۳- ۳ -۳- اثر گهواره ای (Rocking Effect ) …………………………………………………… …..44
۳-۳-۴ – اثر عبور پراکنش موج (Scattering & Passage effect)……………….. ……..54
۳-۴- معادلات انتشار امواج الاستیک ……………………………………………………………………………..۴۵
۳-۵- حل عددی معادله انتشار امواج …………………………………………………………………. …………۴۹
۳-۶- روش عددی مورد استفاده و دامنه مطالعات پارامتریک …………………………………………….۵۴
۳-۷- تعیین ابعاد المان در روش اجزای مرزی ………………………………………………. ……………….۵۶
۳-۸- معرفی نرم افزار Hybrid …………………………………………………………………………………59
۳-۸-۱- مقدمه ……………………………………………………………………………………………… ………..۵۹
۳-۸-۲- بررسی اعتبار و دقت نرم افزار Hybrid …………………………………………………………..61
۳-۸- ۲-۱- حرکت میدان آزاد نیم فضا ……………………………………………………………………….۶۱
۳-۸-۲-۲- دره خالی با مقطع نیم دایره …………………………………………………………………………۶۲
۳-۸-۲-۳- دره آبرفتی با مقطع نیم دایره ……………………………………………………………………….۶۲
۳-۸-۲-۴- تپه با مقطع نیم سینوسی ……………………………………………………………………………..۶۲
۳-۸-۲-۵- تپه با مقطع نیم دایره …………………………………………………………………………………..۶۳
۴-ااف-رفتار لرزه ائی تپه های مثلثی شکل………………………………….. ……………………………………….۶۴
۴-۱- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….۶۴
۴-۲- متدلوژی مطالعات ………………………………………………………………………………. …………..۶۵
۴-۳- اعتبار سنجی مدل…………………………………………….. ………………………………………………۶۷
۴-۳-۱- ابعاد مش بندی………………………………………………… ………… …………………………..۶۸
۴-۳-۲- طول گام زمانی………… ………………………………………………… ………… …………… …۶۸
۴ -۴- تاریخچه زمانی دامنه مولفه‌های افقی و قائم تغییر مکان برای کل محدوده….. …… … ….۶۹
۴-۵- تفرق امواج در حوزه زمان ( تفسیر نمودار های تاریخچه زمانی ) ……………………. . ۶۹
۴-۶- بزرگنمایی تپه در فضای فرکانسی ………………………………………………… ………… ………….۷۱
۴-۶-۱ تفسیر کلی نمودارهای بزرگنمایی ……………………………………………. ………… ……….۷۱
۴-۶-۲ بزرگنمایی راس تپه………………. ……………………………………………. ………… ……….۷۲
۴-۷-تغییرات بزرگنمائی بر روی یال تپه ……………………………………………. ……….. .. . …………۷۳
۴-۸-ضریب تقویت عوارض تپه ای مثلثی شکل……………………………………………. ………………۷۵
۴-ب-رفتار لرزه ائی دره های مثلثی شکل………………………………….. ………………………. …………….۱۰۴
۴-۹- متدلوژی مطالعات ……………………………………………… …………………………………………..۱۰۴
۴-۱۰- اعتبار سنجی مدل…………………………………………….. ……………………………….. ……….۱۰۵
۴-۱۰-۱- ابعاد مش بندی……………………………………………………………………………………۱۰۵
۴-۱۰-۲- طول گام زمانی………… ………………………………………………… ………………….. .۱۰۶
۴ -۱۱- تاریخچه زمانی دامنه مولفه‌های افقی و قائم تغییر مکان برای کل محدوده………. . …۱۰۶
۴-۱۲ تفرق امواج در حوزه زمان ( تفسیر نمودار های تاریخچه زمانی ) ……………………. ۱۰۶
۴-۱۳- بزرگنمایی دره در فضای فرکانسی ………………………………………………………………..۱۰۸
۴-۱۳-۱ تفسیر کلی نمودارهای بزرگنمایی…….. …………………………………. ………….۱۰۸
۴-۱۳-۲ بزرگنمایی قعردره………………………………………………………………………………۱۱۰
۴-۱۴-تغییرات بزرگنمائی بر روی یال دره ………………………………………. ………. . ………۱۱۱
۴-۱۵-ضریب تضعیف عوارض دره ای مثلثی شکل…………… ……………………………………۱۱۲
۵ – جمع‌بندی و نتیجه‌گیری ….. ……………………………………….. …………………………….. .. ۱۴۱
۵-۱- نتایج مطالعه پاسخ تپه ها در حوزه زمان ۱۴۱
۵-۲- نتایج مطالعه پاسخ تپه ها در حوزه فرکانس ۱۴۱
۵-۳- نتایج مطالعه پاسخ دره ها در حوزه زمان ۱۴۱
۵-۴- نتایج مطالعه پاسخ دره ها در حوزه فرکانس ۱۴۲
۵-۵-زمینه های پیشنهادی برای ادامه این تحقیق ۱۴۲
مراجع ………………………………………………………………………………………………………………۱۴۳
خلاصه
در پی انجام و تکمیل مطالعات تاثیر عوارض توپوگرافی سطحی بر پاسخ لرزه‌ای زمین درفرکانسهای مختلف از طریق انجام تحلیلهای پارامتریک در گستره وسیعی از اشکال هندسی، با هدف ملحوظ کردن اثر وجود چنین عوارضی بر مطالعات ریزپهنه‌بندی ۱D در این تحقیق از نرم‌افزار Hybrid که یک نرم‌افزار دو بعدی جامع و توانا برای مدلسازی مرکب اجزای محدود – اجزای مرزی می‌باشد.
بعنوان ابزار اصلی برای تحلیلهای پارامتریک، استفاده گردیده ، دقت و قابلیت این نرم‌افزار برای انجام تحلیلهای دوبعدی اثرات ساختگاهی از طریق حل مثالهای عددی و تحلیلی مختلف ارزیابی شده است. با توجه به حساسیت بیشتر نتایج به خصوصیات هندسی مسئله در مورد عوارض سطحی، تحلیلهای پارامتریک بر تغییر خصوصیات هندسی تمرکز بیشتری یافته و از طریق بی بعد ساختن نتایج خروجی برحسب ضریب شکل (نسبت ارتفاع به نصف عرض قاعده عارضه) و فرکانس (پریود) بی‌بعد، امکان تعمیم نتایج به ترکیبات متنوعی از هندسه و امواج برخوردی میسر گردیده است.
پس از انجام تحلیلهای پارامتریک، حجم وسیعی از خروجی ها به دست آمده که بایستی متناسب با اهداف تحقیق، ساماندهی و پردازش شوند. نتایج تحلیلهای پارامتریک حاکی از آن هستند که در کلیه اشکال هندسی در نظر گرفته شده، تداخل سریع مجموعه امواج درون صفحه‌ای پراکنده شده که امواج انعکاس یافته، تبدیل مود یافته، تفرق یافته و سطحی را دربر می‌گیرند میدان جایجایی بسیار آشفته‌ای را بر روی عارضه ایجاد می‌نماید که تفکیک انواع مختلف موج در آن امری بسیار دشوار است.
یکی از یافته‌های مهم این تحلیلهای پارامتریک، مشاهده و تعیین فرکانس (پریود) مشخصه ۲D در هر یک از ترکیبهای متنوع تحلیلهای پارامتریک بود که در آن فرکانس تمامی نقاط روی تپه مثلثی شکل دارای ضریب تقویت بزرگتر از یک بوده (حداکثر آن در تاج عارضه می‌باشد) و کلیه نقاط روی عارضه حرکت هم فاز دارند.
مقدمه
تجربیات بدست آمده از خرابیهای زلزله های اخیر نشان دهنده اهمیت تاثیر شرایط محلی خاک وتوپوگرافی سطحی و شرایط ساختگاه بر شدت و وسعت خرابی ساختمانها و توزیع مکانی آنها حین زلزله می باشد. بررسی تاثیر شرایط ساختگاه در برابر امواج لرزه ای، از جمله مباحث مهم در زمینه دانش مهندسی زلزله می باشد.
فلسفه اهمیت این موضوع، الگوهای رفتاری پیچیده عوارض توپوگرافی بوده که منجر به ایجاد تفاوتهای قابل ملاحظه ای بین امواج گسیل شده از چشمه و امواج رسیده به سطح زمین می شود. شرایط ساختگاه و توپوگرافی می تواند بر تمام پارامترهای مهم یک جنبش نیرومند زمین از قبیل دامنه، محتوای فرکانس، مدت و غیره اثر گذار باشد.
اثرات محلی ساختگاه نقش مهمی در” طراحی مقاوم در برابر زلزله” ایفا نموده و بایستی بصورت مجزا با آن برخورد گردد.. مهندسان بطور سنتی، چنین اثراتی را با استفاده از مدلهای ساده مبتنی بر توصیف ۱D از پروفیل محلی خاک و انتشار امواج لرزه‌ای و با موفقیت ارزیابی نموده‌اند لذا ساختگاهایی برای این نوع مدلسازی مناسب خواهند بود که از گستردگی نسبتأ وسیعی در پهنای منطقه مورد مطالعه نسبت به ضخامت لایه رسوبی برخوردار باشند.
لیکن حوادث اخیر نظیر زلزله هیوگوکن نانبو ژاپن با کمربند باریک خسارت تشدید یافته خود که شهر کوبه را قطع می‌نمود و سبب مرگ ۶۰۰۰ تن گردید، پیچیدگی قابل ملاحظه در الگوهای تقویت لرزه‌ای حاصل از اثرات ساختگاهی ۲D و ۳D آشکار ساخت.
شواهد تجربی ومطالعات درخصوص اثرات ساختگاه تیز گوشه و مثلثی شکل بر پاسخ زمین
غالباً پس از زلزله‌های مخرب چنین گزارش شده است که ساختمانهای واقع در قلل تپه‌ها و کوهها، خسارت شدیدتری را نسبت به آنهایی که در پای تپه‌ها و کوهها قرار داشتند متحمل گردیده‌اند. از جمله نخستین مشاهدات در این زمینه می‌توان به زلزله Lambesc در کشور فرانسه به سال ۱۹۰۹ ]۱۰۵[ اشاره داشت.(Davis & West, 1973) ]39[ یکی از نخستین مطالعات انجام شده در زمینه تاثیر توپوگرافی در پاسخ ساختگاه را انجام دادند. آن چه دیویس و وست را به بررسی این پدیده کشاند، نتایج ثبت شده پس از آزمایش هسته‌ای کلارکز موبایل بود.
طی این آزمایش که در صحرای نوادا و در سال ۱۹۶۸ انجام شده بود شتابنگارهای نصب شده در شهر تونوپا و خارج از آن مقادیر متفاوتی را نشان می‌دادند و این در حالی بود که شهر تونوپا در دره قرار داشت و شتابنگارهای نصب شده در حاشیه آن بر روی کوه قرار داشتند. با این وجود، بدلیل این که شیوه قرارگیری شتابنگارها به گونه‌ای نبود که بتوان از نتایج آنها جهت ارائه مقادیر بزرگنمایی طیفی استفاده کرد مجموعه تلاشهایی برای بررسی چگونگی تاثیر توپوگرافی بر پاسخ ساختگاه آغاز شد.
مطالعات نظری و تحلیلهای عددی عارضه مثلثی شکل
در این بخش مطالعات نظری و تحلیلهای عددی مربوط به اثر توپوگرافی بررسی شده‌اند. در این ارتباط لازم بذکر است که به دلیل تعدد مطالعات نظری و تحلیلهای عددی، در این بخش و بطور خلاصه فقط سابقه تحقیقات و مختصری از نتایج مکتسبه ذکر گردیده است.
برای نخستین بار در آغاز دهه هفتاد میلادی با توجه به مشاهدات انجام گرفته طی زلزله سن فرناندو که در زمستان سال ۱۹۷۱ میلادی روی داد، تلاشهایی جهت ارائه پارامترهایی برای ساده‌سازی مساله تاثیر توپوگرافی آغاز گردید. البته قابل ذکر است که پیش از این و در طول دهه شصت میلادی روشهای بسیار ساده شده‌ای بر مبنای چگونگی تبدیل موج‌های حجمی به سطحی و انرژی منتقل شونده در این فرایند ارائه گردیده بود که از آن جمله می‌توان به تحقیقات(Gilbert& Knopoff,1960) ]۶۶[، (Hudson, 1967) ]70[ و (Mc Ivor, 1969) ]112[ اشاره داشت.
بور با فرض یک محیط کاملاً الاستیک، ایزوتروپیک و هموژن به بررسی چگونگی انتشار امواج SH در برخورد با یک سطح آزاد ناهموار پرداخت. در این روش، او با استفاده از تفاضلهای محدود، بر روی مجموعه‌ای از نقاط واقع بر روی سطح آزاد ناهموار به ثبت تغییر مکانهای روی داده پرداخت و بدین ترتیب مجموعه‌ای از لرزه‌نگاشتها تهیه شد. در ادامه و با استفاده از تحلیل فوریه نسبتهای طیفی با تقسیم نتایج حاصل از سطح آزاد ناهموار بر نتایج مربوط به سطح آزاد هموار بدست آمد.
مراجع
۱– Akamatu, K., ۱۹۶۱, “On microseisms in frequency range 1 c/s to 200 c/s .Bulletin of Earthquake Research Institue, Tokyo University, No. 39, pp. 23-76.
۲– Aki, K., ۱۹۵۷, “ Space and time specrta of stationary stochastic waves, with special reference to microtremors”, Bulletin of Earthquake Research Institute, No. 35, pp. 415-456.
۳– Aki, K. & K. Larner, ۱۹۷۰. Surface motion of a layered medium having an irregular interface due to the incident plane SH waves. Jour. of Geoph. Res., 75.
۴– Aki, K. and P.G. Richards, ۱۹۸۰.Quntitative seismology: theory and methods. W.H. freeman and Co., San Fransico, California, USA.
۵– Aki, K., ۱۹۸۴. Short period seismology. J. Comp. Phys., 54.
۶– Allam, A., ۱۹۶۹, “An investigation in to the nature of mictotremors.”, Ph. D. Thesis, Tokyo University
۷– Alterman, Z. S. & F. C. Karal, ۱۹۶۸. Propagation of elastic waves in layered media by finite difference methods. Bull. Seism. Soc. Am., 58.
۸– Ansary, M.A. et al., ۱۹۹۶, “ Application of microtremor measurements to the estimaton of site amplificaltion chararcteristics”, Bull. ERS., 29.
۹– Ashford, S.A. and N. Sitar, ۱۹۹۴. Seismic response of steep natural slopes. Report No. UCB/EERC 94-05
۱۰– Ashford, S.A. and N. Sitar, ۱۹۹۷. Analysis of topographic amplification of inclined shear waves in a steep coastal bluff. Bull. Seism. Soc. Am., 87.
