عناوین پایان نامه‌های دکترا
رشته مهندسی عمران – مهندسی زلزله (گرایش ژئوتکنیک )
دوره پنجم سال تحصیلی ۸۲-۱۳۸۱

مسعود عامل سخی
ارزیابی مشخصات و رفتار دینامیکی سدهای خاکی-سنگریزه‌ای با استفاده از نگاشتهای ثبت شده و تحلیلهای عددی (مطالعه موردی سد مسجد سلیمان)

یکی از اهداف این تحقیق، ارزیابی مشخصات دینامیکی سدهای خاکی با استفاده از نگاشتهای ثبت شده زلزله و انفجار بوده و به عنوان مطالعه موردی، سد مسجد سلیمان انتخاب شده و مورد بررسی قرار گرفته است. پس از بررسی مختصری از مطالعات جهانی انجام شده در خصوص استفاده از شتابنگاشتهای زلزله در تحلیل رفتار دینامیکی سدهای خاکی، تمرکز اصلی بر روی اطلاعات موجود داخلی صورت پذیرفته است. در دسترس بودن نگاشتهای ثبت شده زلزله و انفجار بر روی سد مسجد سلیمان، زمینه مناسبی را جهت نیل به این هدف فراهم نمود. از سوی دیگر خاصیت نامانایی این نگاشتها و لزوم پردازش آنها توسط روشهای پیشرفته پردازش سیگنال که قادر به پردازش توامان نگاشتها در حوزه‌های زمان و فرکانس باشند، باعث استفاده از چنین روشهای پردازش نوینی همچون توزیع زمان-فرکانس و تبدیل موجک در تحلیل و پردازش نگاشتهای انفجار و زلزله شده است. در این بخش برای اولین بار با استفاده از روشهای کلاسیک و مدرن پردازش سیگنال، فرکانسها و اشکال مودی سد استخراج گردیده و پاسخهای حاصل با نگرش ویژه به روشهای مختلف پردازش مورد مقایسه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج پردازش شتابنگاشتهای زلزله نشان دهنده قوت روشهای نوین پردازش در استخراج فرکانسهای مودی سد است به طوری که در جهت بالادست-پایین دست سد با استفاده از توزیع زمان-فرکانس منجر به شناسایی فرکانس در محدوه‌های ۴/۳-۲/۳، ۴-۸/۳ و نیز ۸/۴-۷/۴ هرتز شده است که با استفاده از روشهای کلاسیک قابل شناسایی نبوده است. همچنین در جهت طولی فرکانسهای ۷/۳-۶/۳ و ۸/۴-۷/۴ هرتز و در جهت قائم نیز فرکانسهای ۳/۴-۴، ۸/۴-۷/۴ و ۳/۵-۲/۵ هرتز با استفاده از توزیع زمان-فرکانس استخراج گردیده‌اند که که روشهای کلاسیک قادر به آن نبوده-اند. از سوی دیگر به دلیل ضعیف بودن شتابنگاشتهای مورد استفاده در پردازشها، میزان تغییرات در فرکانسهای مودی برآورد شده از پردازش نگاشتهای انفجار و زلزله اندک بوده و در اکثر موارد، تغییرات میان فرکانسهای بدست آمده از شتابنگاشتهای زلزله در مقایسه با فرکانسهای استخراج شده از نگاشتهای انفجار، زیر ۱۰ درصد بوده است. با توجه به ثبت ارتعاشات انفجار در ۲۶ نقطه از بدنه سد در مقایسه با رکوردهای زلزله که در ۳ نقطه ثبت شده‌اند، امکان استفاده از روش توزیع زمان-فرکانس (TFD) جهت ترسیم انیمیشن اشکال مودی بدنه سد فراهم گشت و در نتیجه فرکانسهای مودی با دقت بالایی برآورد گردید. می-توان بیان داشت که نتایج پردازش سیگنالهای زلزله و انفجار ثبت شده در بدنه سد مذکور با ۵ روش مختلف پردازش (شامل روشهای چهارطیفی، توزیع زمان-فرکانس، تبدیل موجک، نسبت طیفی تاج به گالری و نسبت طیفی H/V) نشان می‌دهد که در آزمایشهای ارتعاشی درجا در صورت ثبت نگاشتهای نامانا در تعداد نقاط کافی از سیستم، با استفاده از روش توزیع زمان-فرکانس و انیمیشن اشکال مودی می‌توان فرکانسهای مودی سد را با دقت مناسب برآورد نمود ولی اگر تعداد نقاط ثبت ارتعاشات جهت رسم اشکال مودی کافی نباشد، بهترین روش، استفاده ترکیبی از ۵ روش مختلف پردازش ذکر شده در این تحقیق می‌باشد تا بتوان بر اساس مزیتهای هر کدام از روشها، فرکانسهای مودی سد را استخراج نمود.
در بخش دیگری از این تحقیق با استفاده از شتابنگاشت ورودی در گالری، تحلیلهای عددی بدنه و پی سد مسجد سلیمان در محدوده دو بعدی صورت پذیرفته است. در این بخش تکیه اصلی تحقیق بر روی مطالعه محدودیت نرم‌افزارهای موجود مبتنی بر روش اجزای محدود بوده است که به منظور تحلیل مسئله اندرکنش سد-پی از جرم پی صرفنظر می‌کنند. صرفنظر نمودن از جرم پی باعث تغییر در پاسخ دینامیکی سد خاکی شده و لذا این روش دارای پاسخ دقیق نخواهد بود. بر این اساس در این تحقیق با در دسترس بودن شتابنگاشتهای ثبت شده در نقاط مختلف سد مذکور، جرمهای مختلفی برای پی سد در نظر گرفته شده و تحلیلهای عددی انجام شده است. در تمامی حالتهای در نظر گرفته شده جرم پی، پدیده بزرگنمایی از گالری تا تاج سد مشاهده گردیده است و لذا تغییرات جرم پی تاثیری بر پدیده بزرگنمایی در ارتفاع سد نداشته است. در ادامه، پاسخهای بدست آمده از تحلیلهای عددی با پاسخهای ثبت شده مورد مقایسه قرار گرفته است و در خصوص میزان در نظرگیری جرم پی با استفاده از معیارهای مختلف بحث شده است. بررسی‌ها نشان داده است که یکی از بهترین معیارها در این مقایسه، استفاده از توزیع زمان-فرکانس در تحلیل شتابنگاشتهای ثبت و محاسبه شده می‌باشد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که صرفنظر نمودن از جرم پی (فرض مرسوم پی بدون جرم در نرم‌افزارهای مبتنی بر روش اجزای محدود) الزاما منجر به بهترین پاسخ دینامیکی برای سد خاکی نمی‌گردد. با توجه به معیارهای مختلف در نظر گرفته شده در این تحقیق و با توجه به ضعیف بودن محرک ورودی ثبت شده و فرض رفتار خطی سد، به نظر می‌رسد پی با جرم زیر ۵۰ درصد (در حدود ۲۰-۳۰ درصد) نزدیکترین پاسخ به رفتار ثبت شده سد را به همراه داشته باشد.
نتایج تحقیق حاضر نشان می‌دهد که استفاده از روشهای نوین پردازش سیگنال ابزاری قدرتمند جهت تدقیق شناسایی مشخصات دینامیکی سدهای خاکی (شامل فرکانسها، میرایی‌ها و نیز اشکال مودی) و نیز وسیله‌ای مناسب به منظور تدقیق مدلهای عددی در تحلیلهای تاریخچه زمانی می‌باشد. این تحقیق قابلیت روشهای پردازش مذکور را جهت مطالعه پاسخهای بدست آمده از تحلیلهای عددی تاریخچه زمانی و رسیدن به پاسخ مناسب را در بررسی یکی از مهمترین چالشهای مطرح در زمینه سدهای خاکی – سنگریزه‌ای یعنی اثرات اندرکنش سد-پی آشکار ساخته است