عناوین پایان نامه‌های دکترا
رشته مهندسی عمران – مهندسی زلزله (گرایش ژئوتکنیک )
دوره یازدهم سال تحصیلی ۱۳۸۸-۱۳۸۷

 

محمد حسین فدایی
امکان سنجی تجربی و عددی تمهیدات ژئوتکنیکی برای کاهش تغییرمکان ناشی از گسلهای معکوس فعال
در هنگام وقوع زلزله، گسیختگی گسل دو نوع تغییر مکان را ایجاد می نماید. جابجایی ماندگار بر روی گسل و جابجایی ناشی از انتشار امواج زلزله. جابجایی نوع دوم در ملاحظات پایداری سازه ها نقش مهمی دارد و در مقایسه با جابجایی نوع اول که محدوده کوچکتری را متاثر می  نماید، از توجه بیشتری برخوردار بوده است.
برای بررسی اثر جابجایی ماندگار گسل بر روی سازه ها ، کارهای مختلفی در سه حوزه ۱-بررسی مطالعات میدانی زلزله های گذشته، ۲-مطالعات آزمایشگاهی و ۳- آنالیزهای عددی انجام گرفته است.
تا کنون کارهای انجام شده در این حوزه، بیشتر به بررسی مکانیزم گسلش و اندرکنش آن با فونداسیونها پرداخته است، در حالیکه کارهای اندکی در زمینه راهکارهای مقابله با این خطر و یا تقویت سازه های ساخته شده در محدوده خطر گسلش سطحی وجود دارد. از این میانBray 1990، پیشنهاد استفاده از ژئوگرید را برای مقاوم سازی خطر گسلش ارائه نمود که توسط جعفری و موسوی۱۳۸۷، مطالعات آزمایشگاهی و عددی در این خصوص انجام گرفت. اینکار در قالب راهکار استفاده از المان قوی افقی در زیر سازه برای پخش کردن تغییر مکان در زیر فونداسیون می باشد.
هدف این تحقیق ارائه یک راهکار جدید برای کاهش خطر گسلش معکوس بر فونداسونهای سطحی می باشد.
نوآوری موجود در تحقیق حاضر، ارائه یک روش بسیار مناسب برای اولین بار جهت محافظت سازه ها در مقابل خطر گسلش می باشد. در این راهکار از یک المان ضعیف (فیوز) قائم، در کنار سازه استفاده شده است و با حفر یک ترانشه قائم در خارج از محدوده فونداسیون و پر کردن آن با مصالح سست رسی، مسیر گسلش احتمالی به داخل این ترانشه هدایت و از آسیب سازه در آینده جلوگیری بعمل آمده است. در این تکنیک، می توان بدون نیاز به اعمال تغییرات در سازه موجود، حفاظت لازم از سازه را انجام داد.
برای بررسی کارایی این روش در محافظت فونداسیونهای سطحی، از دو ابزار مطالعات آزمایشگاهی بر روی مدلهای کوچک مقیاس و مطالعات عددی استفاده شده است. آبرفت در نظر گرفته شده از نوع همگن و دانه ای می باشد.
در قسمت مطالعات آزمایشگاهی این رساله، ابتدا تولید برنامه پردازش تصویر برای کمی سازی نتایج آزمایشات مدلسازی فیزیکی مد نظر قرار گرفت و برای اولین بار این سیستم در پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله راه اندازی گردید. با استفاده از برنامه تهیه شده، عکسهای آزمایش، بعنوان ورودی دریافت و تغییرشکل و کرنش های مدل بعنوان خروجی داده می شود. از این برنامه مفید در سایر مطالعات آزمایشگاهی نیز می توان استفاده نمود. همچنین سیستم الکتریکی جدیدی جهت اندازه گیری پروفیل سطح زمین طراحی و اجرا گردید. پس از آن با بهره گیری از ابزار پردازش تصویر، از آزمایشات مدلسازی فیزیکی۱g برای بررسی کارایی روش پیشنهادی، استفاده شده است. اگرچه هدف اصلی این رساله ارائه راهکار برای کاهش خطر گسلش بر فونداسیونهای سطحی می باشد اما در گام اول این آزمایشات، مدلسازی در میدان آزاد در دو مدل، بدون دیوار و با دیوار ضعیف مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشانگر کارایی این روش در انجراف مسیر گسلش دارد. در ادامه این آزمایشات، اثر دو عامل جابجایی پایه گسل و مقاومت برشی دیوار بر پاسخ میدان آزاد مورد بررسی قرار گرفت. افزایش جابجایی پایه باعث می گردد تا علاوه بر مسیر اولیه گسلش که به داخل دیوار هدایت گردیده است مسیر جدیدی نیز تشکیل گردد. همچنین کاهش مقاومت برشی و افزایش ظرفیت تراکمی آن به عملکرد بهتر دیوار کمک می نماید.
با استفاده از نتایج بدست آمده از مدل های آزمایشگاهی در میدان آزاد، مدل عددی کالیبره گردید. مدل رفتاری مورد استفاده مدل مور-کولمب با قابلیت نرم شدگی می باشد که قبلا در مطالعات پروژه Quaker )بررسی اندرکنش گسلش با فونداسیون با همکاری تعدادی از دانشگاه های اروپا زیر نظر Prof. Gazetas) از آن استفاده فراوانی شده و در این تحقیق نیز جوابهای مناسبی را ارائه داده است. در گام بعدی اندرکنش گسلش و فونداسیون در مدل آزمایشگاهی و عددی مورد توجه قرار گرفته است.
در ابتدا تستهای آزمایشگاهی در دو حالت فونداسیون محافظت نشده و فونداسیون محافظت شده با دیوار انجام گرفته است. در فونداسیون محافظت نشده، ابتدا دو عامل موقعیت فونداسیون و سربار آن مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی اثر موقعیت فونداسیون نسبت به گسل، فونداسیون نواری با سربار کم در موقعیتهای مختلف قرار داده شده و پاسخ دورانی فونداسیون ثبت گردید. در پایان موقعیت بحرانی فونداسیون که در آن به ازای جابجایی یکسان پایه، حداکثر دوران و جدایش اتفاق می افتد انتخاب گردید. در ادامه برای این موقعیت بحرانی، تستهای دیگری با افزایش سربار انجام گردید تا اثر افزایش سربار بر رفتار فونداسیون در هنگام گسلش بررسی گردد. با افزایش سربار، دوران فونداسیون کاهش می یابد و مسیر گسلش به خارج از محدوده فونداسیون منحرف می گردد.
در تستهای انجام شده با فونداسیون محافظت شده با دیوار، پی در همان موقعیت بحرانی بدست آمده در قسمت پیشین قرار داده شده و سپس دیوار ضعیف در مدل آزمایشگاهی قرار داده شد. پس از اعمال جابجایی گسل، ملاحظه گردید که دوران فونداسیون بشدت کاهش یافته است. تستهای دیگری به منظور بررسی اثر ضخامت و ارتفاع دیوار و سربار فونداسیون انجام گردید. در تمامی آزمایشات انجام شده، مدل عددی آزمایش نیز ساخته شده و با مقایسه نتایج، مدل کالیبره گردید.
در انتها آنالیز پارامتریک نسبتا جامعی بر عوامل موثر بر عملکرد دیوار ضعیف انجام گرفته است. برای این منظور ابتدا پارامترهای بی بعد حاکم بر این مسئله استخراج گردیده اند. تعدادی از این پارامترهای بی بعد قبلا مورد استفاده قرار گرفته بودند و در این تحقیق تعدادی پارامتر بی بعد جدید پیشنهاد گردید و کفایت این پارامترهای بی بعد مورد بررسی قرار گرفت.
پس از آن آنالیز پارامتری بر روی فونداسیون محافظت نشده و محافظت شده برای عوامل موقعیت فونداسیون و مقدار سربار آن، ضخامت دیوار، ارتفاع دیوار، شیب گسل بعمل آمد و تاثیر هرکدام از این عوامل به تفصیل مورد بررسی قرار گرفت. برای مقایسه نتایج از سه اندیس تنش فشاری و لنگر نرمالایز شده و دوران فونداسیون استفاده گردیده است. در کل نتایج آنالیزها حاکی از عملکر مثبت دیوار ضعیف در هنگام گسلش دارد.