مقاله بررسی تأثیر زلزله بر تونلها

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله بررسی تأثیر زلزله بر تونلها دارای ۱۱ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله بررسی تأثیر زلزله بر تونلها  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله بررسی تأثیر زلزله بر تونلها،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله بررسی تأثیر زلزله بر تونلها :

چکیده

یکی از پدیدههای خطرآفرین طبیعی که ذهن بشر را از دیرباز به خود مشغول داشته است، زلزله میباشد. آثار مخـرب زلزلـه بـر روی زمـین و فاجعههایی که این پدیده ایجاد کرده است، دانشمندان و محققان را بر مطالعه بیشتر در این زمینه ملزم نموده است و به همین دلیل مطالعات بسیاری در این زمینه انجام گرفته است. اما در این بین، سازههای زیر زمین توجه کمتری را شاهد بوده است. در ایـن مقالـه مشخـصات زلزلـه مؤثر بر تونلها در شرایط مختلف و نحوه تأثیر آنها بحث می گردد و سپس مطالعات موردی انجام گرفته، بررسی می شود.

کلید واژهها: زلزله، تونل، گسل

.۱ مقدمه

به نظر میرسد که اغلب سازههای زیرزمینی از جمله تونلها در تمام نقاط جهان و حتی در نقاطشدیداً زلزلهخیز بدون توجه به آثار مخرب زلزله طراحی و ساخته شدهاند. بر اساس یک باور قدیمی، سازههای زیرزمینی در برابر زلزله ایمن میباشـند و حتـی در مواردی، خطوط متروی زیرزمینی به عنوان پناهگاه و محل امن برای نجات آسیبدیدگان زلزله مورد استفاده قرار گرفتهانـد.

با این حال بعضی گزارشها حاکی از صدمهدیدگی و خسارات جدی است که در ضمن وقوع زلزله به تونلها و سازههای زیرزمینی وارد آمده است.در کشور ژاپن تونلهای بسیاری احداث شده است، از این رو از دیدگاه تونلسازی در زمره پیشرفتهترین کشورها قرار دارد.با توجه به شدت زلزلهخیز بودن ژاپن و اهمیتی که پدیده زلزله در آن کشور دارد، گزارشهای متعددی در زمینه صدمات وارده بر تونلها در اثر زلزله در این کشور منتشر نمودهاند. به احتمال زیاد اولین گزارش از این دست در مـورد زلزلـه کـانتو در سـال ۱۹۲۳ در ژاپن میباشد. در این زلزله به بیش از صد تونل آسیب وارد آمد [جعفری،.]۱۳۷۷ از این زمان به بعد و در ارتباط با زلزلـههـای بعدی، گزارشهای متعددی انتشار یافت. جدیدترین گزارشها از این دست مربوط به زلزله کوبه در سال ۱۹۹۵ در ژاپن میباشـد که خسارتهای ایجاد شده به حدود ۱۱۰ تونـل در ایـن منطقـه بـالغ بـر نـیم بیلیـون در ارزیـابی شـد .[Asakura,1996]

گزارشهای دیگری نیز مربوط به نقاط دیگر جهان منتشر شده است که پژوهشگران سعی در جمعبندی آنها داشتهاند.
به علت فراوان بودن مشخصههای زلزله و همچنین تنوع ساختار ژئوتکنیکی خاک، نمیتوان رفتار مشخصی را برای تونلها تحت اثر زمینلرزه پیشبینی نمود. اما با جمعبندی اطعاتمی تجربی از زلزلههای گذشته توان تا حدودی به نتـایج بهتـری دسـت
پیدا کرد. در این زمینه اطمینان به اندازهگیریها و گسترده شدن استفادهتونلها از وسایل اندازهگیری در ، در هرچه بهتـر کـردن

جمعبندیها و نتیجهگیریها نقشی اساسی دارد.

۲۰۱

بررسی تاثیر زلزله بر تونلها…

.۱ اثر پارامترهای مربوط به زلزله

از نظر زلزله شناسی ، زلزله دارای مفاهیم و خصوصیات متعددی از جمله کانون زلزله، شدت و بزرگی زلزله و … میباشد کـه بررسی هرکدام در جای خود مهم است. اما در اینجا به مشخصات تأثیرگذار عمده و مفـاهیم کلیـدی مربـوط بـه بحـث اشـاره میشود.

امواج زلزله از نوع امواج استیک هستند و بر حسب کرنش ایجاد کننده به دو نوع حجمـی (ماننـد امـواج فـشاری و برشـی) و
سطحی (مانند امواج و و ریلی) تقسیم میگردند. در امواج فشاری، امتداد ارتعاش ذرات و جهـت انتـشار امـواج یکـی اسـت و المان فرضی تحت کشش و فشار متناوب قرار میگیرد. در امواج برشـی، امتـداد ارتعـاش ذرات عمـود بـر جهـت انتـشار امـواج میباشد. لذا المان فرضی تحت برش متناوب قرار میگیرد. در امواج ریلی، جهـت چـرخش ذرات در بـاترین قـسمت آنهـا، در خف جهت حرکت موج میباشد و حرکات ذرات در سطح مسیر به صورت بیضی است که قطر بزرگ آن عمود بر انتشار مـوج میباشد. در امواج و جهت نوسان ذرات عمود بر جهت حرکت موج و در صفحه افق میباشد. علـت بوجـود آمـدن ایـن مـوج، اختف زیاد سرعت موج برشی در یههای زیـرین نـسبت بـه یـههـای فوقـانی اسـت. بهمـین لحـاظ امـواج و هیچگـاه در محیطهای همگن بوجود نمیآیند. در شکل ۱ ، سیمای ساده عملکرد این امواج دیده میشود.

شکل : ۱ انواع موجهای زلزله، [St. John,1987]

.۱-۱ بیشینه شتاب زمـین :(Peak Ground Acceleration)

از معیارهای مهم در طراحی و علت اصلی آسیبها، بیشینه شتاب سـطح زمین در هنگام زلزله میباشد که بر اساس ضـریبی از g شـتاب جاذبـه زمین سنجیده میشود. عوه بر این، معیارهای دیگری از جمله بیشینه سرعت ذرهای در سطح زمین نیز در تعیـین میـزان خرابـیهـا تعریـف شدهاند. مـیبطور کلی بررسیها نشان دهنـد کـه اگـر شـتاب سـطحی بیشینه تا g2/0 باشد، آسیبی به تونـل وارد نمـیشـود و چنانچـه ایـن شتاب بین g2/0 تا g5/0 باشد، صدمات خفیف و قابل تعمیر را شـاهد خواهیم بود و از شتاب بیشینه g5/0 به با، انتظار آسیبهای شدیدتری خواهد بـود.[St. John,1987[ ایـن موضـوع در شـکل ۲ بهتـر قابـل توضیح است.

شکل: ۲ ارتباط میزان آسیب با شتاب بیشینه زلزله، [جعفری،]۱۳۷۷

۲۰۲

شکل : ۳ امتدادهای مختلف موج و تغییرشـکلهای حاصل از آن، [St. John,1987]
پنجمین کنفرانس تونل ایران

.۲-۱ فرکانس و طول موج زلزله: نزدیک بودن فرکانس ارتعاش سازه به فرکانس مولد ارتعاش، سبب پدیده تشدید میگـردد.

تحقیقات نشان میدهند که امواج زلزله دارای فرکانس کم وطول موج زیاد هستند. هرچه اندازه طول موج برخـوردی بـه تونـل نزدیک به قطر تونل باشد (حداکثر تا ۴ برابر قطر تونل)، امکان تقویت نوسان تونل وجود دارد، بطوری که طول موج تا دو برابـر قطر تونل میتواند موجب آسیبهایی به تونل گردد. اگر تونلی به قطر ۱۰ متر و در محیط ماسهسـنگی کـه سـرعت مـوج در آن

۱/۸ کیلومتر بر ثانیه است، در نظر گرفته شود، با فرض برخورد موجی که دو برابر قطر تونل، طول موجش است، مقدار فرکانس زم برای تحریک سقف به ریزش برابر است با ۹۰ هرتز (f=c/)؛ که تولید این فرکانس برای زلزلههای متداول ممکن نیـست.
مگر اینکه تونل به کانون زلزله و محل وقوع گسیختگی گسل بسیار نزدیک باشد و شاید فقط در انفجارهای عظیم امکـانپـذیر باشد.

.۳-۱ فاصله از مرکز زلزله: بدیهی است که هرچقدر تونل از مرکز زلزله فاصله میگیرد، امکان آسیب کمتر میشود. توجه بـه این نکته زم است که در فرکانسهای پایین، میرایی دامنه نوسانها شـدیدتر اسـت بطـوری کـه افـت انـرژی در امـواج حجمـی متناسب با عکس مجذور فاصله و در امواج سطحی متناسب با عکس فاصله میباشد.

.۴-۱ امتداد مـوج و تغییرشـکلهای حاصـل از آن: مطـابق شـکل ۳،

امتدادهای مختلـف مـوج نـسبت بـه امتـداد اصـلی تونـل سـبب سـه نـوع تغییرشکل به شرح زیر میشود:

تغییرشکلهای محوریمعموً زمانی رخ میدهد کـه امتـداد انتـشار مـوج و امتداد تونلتقریباً موازی باشـد. در صـورت وقـوع چنـین حـالتی، منـاطق اطراف تونل تحت کشش و فشار متناوب قرار میگیرند.

تغییرشکلهای خمشی زمانی اتفاق میافتد که امتداد انتـشار مـوج و امتـداد تونل مایل باشد، و چونمعموً تنش حاصل از موج زلزلـه در بـا و پـایین تونل نامتقارن است، تغییرشکلها در هر صورت خمشی خواهد بود. چنانچـه سختی جداره تونل نسبت به زمین اطراف بسیار بیشتر باشد، تونل مثل یک تیر استیک عمل میکند.
تغییرشکلهای حلقوی هنگامی است که امتداد انتشار مـوج و امتـداد تونـل تقریباً عمـود باشـد. در ایـن حالـت مقطـع تونـل تغییرشـکل داده و باعـث تنشهای مماسی میگردد. البته در شرایطی که طول موج ایجاد شده کمتـر از قطر تونل باشد، این مسئله بوجود میآید. اما از آنجـایی کـه طـول مـوج زلزله به مراتب بیشتر از ابعاد معمول تونلها میباشـد، چنـین پدیـدهای بـه
ندرت رخ نخواهد داد.

بهطورکلی انواع تغییرشکلهای ذکر شده، موجب کرنشهای فشاری و کششی در دیواره و اطراف تونل میشوند؛ که با کرنشهای استاتیکی جمع شده و دو حالت گسیختگی را ممکن است ایجاد کند:

– کرنشهای فشاری ناشی از زلزله با کرنـشهای اسـتاتیکی جمـع شـوند و کرنش حاصل از مقاومت محیط یا جداره فراتر رود.
– کرنشهای فشاری ناشی از زمینلرزه از کرنشهای استاتیکی کم شوند و کرنش کششی حاصل باعث بازشدن ناپیوستگیها و سستی بلوکها شود.

.۵-۱ دوام یا Duration نوسانهاعموماً: پدیده زلزله دارای فرکانسهای کم و تعداد سیکلهای تـنش زیـاد مـیباشـد. تعـداد
دفعات نوسان سازه- به خصوص آن تعدادی که سازه را وارد محدوده غیرخطی میکند- عامل بسیار مهمی در با رفتن میـزان آسیبهای وارده به تونل میباشد. دوام و تعداد زیاد نوسانها باعث پدیـده خـستگی (Fatigue) مـیشـود و ایـن پدیـده موجـب تغییرشکلهای بزرگ در اطراف تونل میگردد.

۲۰۳

بررسی تاثیر زلزله بر تونلها…

.۶-۱ شدت و بزرگی زلزله: بزرگی زلزلهبـه را نمیتـوان طـور

جداگانه مورد بررسی قرار داد زیرا این عامل مربـوط بـه دامنـه امواج ارتجاعی و انرژی تولید شده در مرکز زلزله میباشـد. اگـر بزرگی زلزله با پارامتر فاصله از مرکز زلزله در نظر گرفته شـود، میتوان نمودارهایی مانند شـکل ۴ تهیـه نمـود. در ایـن شـکل بطور مثال اگر زلزلهای با بزرگـی ۷/۵ ریـشتر (Richter) مبنـا باشد، در فواصـل بـیش از ۶۰ کیلـومتر انتظـار آسـیبدیـدگی نخواهیم داشت. برخف بزرگی زلزله، شدت زلزلـه را مـیتـوان بهتنهایی بهعنوان معیاری در تعیین آسیبدیدگی مطرح ساخت زیرا بر اساس میزان تخریب زلزله تدوین شده است. اگر شـتاب

g2/0 معادل ۸ مرکالی باشد، شـکلبـه۲ را مـیتـوان صـورت شکل ۴ نشان داد.