X
تبلیغات
مهندسی عمران و زلزله - خصوصیات زلزله های نزدیک گسل
تبادل اطلاعات در مورد مهندسی زلزله و کاربردهای آن در مهندسی عمران

در این بخش به بررسی خصوصیات و ویژگیهای نگاشتها و زمین لرزه های نزدیک گسل پرداخته می شود.

1-3-1-اثرات نزدیک گسل

   تفاوت زلزله های نزدیک گسل با زلزله های دور از گسل امری طبیعی است. محدوده نزدیک گسل معمولا در داخل محدوده ای بین 15 تا 60 کیلومتری از گسل فعال فرض می شود. در محدوده نزدیک گسل معمولا زمین  لرزه ها به سه عامل وابسته است. این عوامل شامل مکانیسم شکست ، جهت انتشار شکست نسبت به ساختگاه و تغییر مکانهای دائمی ناشی از لغزش گسل  می باشد. این پارامترها باعث ایجاد دو اثر به نامهای                      Rupture Directivity (جهت پذیری شکست*) و Fling step (جابجایی ضربه ای ماندگار زمین٭) می شود. برای تخمین زلزله های نزدیک به گسلهای فعال بایستی ویژگیهای زمین لرزه های نزدیک گسل(Rupture Directivity و Fling Step ) در نظر گرفته شود.  Rupture Directivity شامل دو اثر Forward Directivity (جهت پذیری پیشرونده٭) و Backward Directivity  (جهت پذیری پسرونده٭) می باشد. زمانی که یک گسل شروع به شکسته شدن می کند . شکست از نقطه ای بر روی امتداد گسل ایجاد شده و بسته به محل آغاز گسیختگی به ابتدا ، انتها و یا هر دو جهت گسترش می یابد. به گسترش شکست در امتداد گسل اصطلاحا Rupture directivity گفته می شود. در این حالت اگر انتشار شکست گسل به سمت ساختگاه باشد و جهت لغزش گسل نیز در جهت ساختگاه باشد. آنگاه Forward directivity رخ می دهد .  این اثر به دلیل نزدیک بودن سرعت انتشار شکست به سرعت موج برشی در سنگ نزدیک منبع زلزله است. معمولا درForward directivity سرعت شکست کمی کمتر از سرعت موج برشی می باشد. همانطور که در اشکال (1-17 و 1-18) نشان داده شده در مکانیسم امتداد لغز، انرژی زلزله در هر شکست در طول گسل متراکم شده و نهایتا با یک پالس ارتعاشی بزرگ همراه با موج برشی به سمت ساختگاه پیش رفته و به صورت یک مولفه پالسی (شوک) در جهت عمود بر امتداد گسل در آغاز نگاشت ظاهر می شود. این گونه ارتعاش معمولا دارای یک مدت زمان کوتاه، با یک پالس ویژه با دامنه زیاد و دوره تناوب متوسط تا بلند است. چنانچه ساختگاه در نزدیکی مرکز زمین لرزه باشد و انتشار شکست به سمت دور شدن از ساختگاه باشد در این حالت Backward directivity رخ می دهد. زمین لرزه در حالت Backward directivity دارای مدت زمان بیشتر و دارای پالسهای متعدد با دوره تناوب کوتاه و دامنه کوچک بوده بطوریکه انرژی زلزله در طول مدت ارتعاش پراکنده می شود؛ شکل(1-18)؛ [7].

                                               زلزله های گذشته ایران

شکل 1-17- اثرات Rupture directivity در گسل امتداد لغز؛ [7].

همانطور که در شکل(1-17) مشخص است، ابتدا موج برشی و سپس شکست به سمت ساختگاه انتشار یافته و این مسئله باعت می شود در ابتدای نگاشت یک موج پالسی شکل افقی با دامنه زیاد در ابتدای نگاشت های ناشی ازForward directivity  در جهت عمود بر امتداد گسل دیده شود.

شکل 1-18- اثرات ناشی از جهت شکست گسل برای ساختگاه A و B؛ [5].

در شکل(1-18) جهت انتشار شکست از چپ به راست است. شکست از نقطه 1 شروع شده تا به نقطه 5 برسد. در این حالت برای ساخت گاهB  اثرForward directivity و برای ساختگاه A اثر Backward directivity دیده می شود. به نحوه توزیع انرژی زلزله در هر دو ساختگاه توجه شود. انرژی زلزله در ساختگاه A به صورت پراکنده در طول مدت ارتعاش اعمال می شود. اما در ساختگاه B انرژی در ابتدای ارتعاش بوسیله یک پالس با دامنه بزرگ به ساختگاه می رسد؛ [5].

اگر فاصله ساختگاه از منشا زلزله زیاد باشد و ساختگاه خارج از محدوده Rupture directivity  باشد، در این حالت زلزله های دور از گسل[1] یا محدوده Neutral directivity (جهت پذیری خنثی) را خواهیم داشت. در شکل (1-19) اثرات Rupture directivity برای چند موقعیت ثبت شده در زمین زلزله 1989 لوماپریتا[2] نشان داده شده است. مرکز زلزله نزدیک به ایستگاه های Cor[3] و Brn[4] است . در واقع مرکز زلزله در جایی قرار دارد که جابجایهای افقی زمین برای هر دو مولفه افقی موازی و عمود به امتداد گسل ملایم شده است. در این حالت ایستگاه های Cor و  Brn تحت اثرBackward directivity قرار دارند. در انتهای گسل یعنی در ایستگاه های Lex[5] و Hol[6] اثر Forward directivity باعث ایجاد ارتعاشات افقی زمین در جهت عمود بر امتداد گسل شده است. ارتعاش زمین بصورت ضربه افقی بزرگی است که عمود بر امتداد گسل می باشد. همچنین با مقایسه مولفه موازی با گسل در هردو ایستگاه Hol و Lex دیده می شود که مولفه افقی، عمود بر امتداد گسل بصورت قابل ملاحظه ای بزرگتر از مولفه افقی موازی با گسل است. این موضوع برای مولفه افقی عمود برامتداد گسل در ایستگاه های Cor و Brn نیز صدق می کند. به بیان ساده تر ، می توان گفت اثر Forward directivity باعث می شود تا یک پالس ضربه ای در مولفه افقی عمود بر امتداد گسل ایجاد شود؛ بطوریکه این مولفه از دو مولفه افقی موازی و عمود بر امتداد گسل در حالت Backward directivity بطور عمده بزرگتر است . همچنین درحالت  Forward directivity مولفه افقی عمود بر امتداد گسل از مولفه موازی با امتداد گسل بطور مشخص بزرگ تر است. این موضوع در شکل (1-19) بخوبی نشان داده شده است.

اثر Forward directivity در هر دو رخداد امتداد لغز و شیب لغز می تواند دیده شود.در مکانیسم شیب لغز اثرForward directivity  در قست بالای صفحه گسل در پلان رخ می دهد؛ شکل (1-12). همچنین در مکانیسم امتداد لغز ، الگوی پخش جابجایی برشی در یک گسل معکوس، باعث می شود تا پالس ارتعاش در جهت عمود بر امتداد لغزش گسل باشد. (سومرویل و همکاران 1997)؛ [7].

الف) FAULT NORMAL DISPLACEMENT

ب) FAULT PARALLEL DISPLACEMENT

شکل 1-19- تاریخچه زمانی تغییر مکان در زلزله لوماپریتا (1989)، الف) مولفه افقی عمود بر امتداد گسل،  ب)مولفه افقی موازی با امتداد گسل در موقعیتهای مختلف؛ [7].

نگاشتهای عددی[7]زمین لرزه های نزدیک گسل جابجایهای پایداری ناشی از  تغییر شکل ثابت حوزه زلزله را نشان می دهد. برای مثال در نگاشت زلزله های 1999 ترکیه و تایوان جابجایهای پایداری دیده می شود که ناشی از تغییر شکل ثابت حوزه زلزله است. به این تغییر مکانها Fling step می گویند؛ که در فواصل زمانی مجزا در چند ثانیه در طی لغزش گسل رخ می دهند. تغییر مکانهای Filing step در جهت لغزش گسل(عمود بر اثرRupture directivity) رخ می دهند و از اینرو  بطور عمده با جابجایهای دینامیکی ناشی از اثرات Rupture directivity ترکیب نمی شوند؛ اشکال(1-15 ، 1-16-ب و 1-20).

در گسلهای امتداد لغز، پالس ناشی از Forward directivity در جهت عمود بر لغزش گسل بوده و تغییر مکان  Fling step در جهت موازی با لغزش گسل رخ می دهد؛اشکال(1-14 و 1-20).

درگسلش شیب لغز مولفه پالسDirectivity  عمود و تغییر مکان Fling step در جهت موازی بر لغزش گسل رخ می دهند؛ اشکال(1-16-الف و1-20) . جهت مولفه های پالس Directivity و جابجایی Fling step برای حالات امتداد لغز و شیب لغز در شکل (1-20) نشان داده شده است.در شکل(1-21) نیز جابجایی ناشی از هر یک از اثرات Directivity  و Fling step بصورت مجزا و با هم آورده شده است؛ [7].

 

شکل 1-20- جهت های پالس Directivity و جابجایی Fling step برای هر دو حالت گسلش شیب لغز و امتداد لغز؛ [7].

شکل 1-21- نمودارهای تاریخچه زمانی جابجایهای ناشی از Directivity و Fling step در حالت مجزا و باهم برای مکانیسم امتداد لغز و شیب لغز؛ [7].

1-3-2-پارامتری کردن زلزله های نزدیک گسل

    برای بررسی قابلیت یک سازه تحت زلزله های نزدیک به یک گسل نیاز به بدست آوردن خواص آن گسل از لحاظ اثراتRupture directivity داریم. برای بدست آوردن این اثرات به دو طریق می توان عمل کرد. اول آنکه با مطالعه زلزله های رخداده ناشی از گسل فعال در ساختگاه مورد نظر، اثرات نزدیک گسل را تعیین کرد. اما این روش همیشه چاره ساز نیست؛ زیرا ممکن است اطلاعات معتبری در نزدیک گسل وجود نداشته باشد؛ یا اینکه نگاشتهای کافی از ساختگاه در دسترس نباشد. در این حالت از روش دوم استفاده می شود.در روش دوم، با استفاده از پارامترهای گسل، اثرات Directivity را تشخیص داده و مقادیر آن محاسبه می شود. برای این منظور بایستی پارامترهای موثر گسل شناخته شود و با استفاده از روابطی، این اثرات تعیین شود. در ادامه پارامترهای گسل و روابط مدلسازی یک زلزله نزدیک گسل معرفی می شود.

 سومرویل و همکاران در سال 1997 شرایطی را که بوسیله آن بتوان اثرForward directivity  و            Backward directivity را نشان داد، پارامتری کردند.  همانطور که در شکل (1-22) نشان داده شده است، تغییرات Directivity وابسته به دو پارامتر است. اولین پارامتر زاویه بین جهت شکست و جهت حرکت امواج زلزله از گسل به ساختگاه است (θ برای گسلهای امتداد لغز و   ø برای گسلهای شیب لغز)؛ و دومین پارامتر بخشی از سطح شکست گسل که بین کانون زلزله وساختگاه قرار دارد، می باشد؛(X برای گسلهای امتداد لغز و Y برای گسلهای شیب لغز ). عمده ترین اثر Forward directivity در زوایای کوچکتر بین گسل و ساختگاه و سطح شکست بزرگتر بین کانون زلزله و ساختگاه ناشی می شود. در واقع با کوچکتر شدن زاویه بین گسل و ساختگاه و بزرگتر شدن سطح شکست بین ساختگاه و گسل اثر Forward directivity بزرگتر می شود. باید توجه شود که حتی اگر شرایط زمین شناسی برای Forward directivity ارضا شود ممکن است ، اثر Forward directivity رخ ندهد . این حالت زمانی ممکن است که ایستگاه ، در انتهای گسل قرار داشته باشد و شکست هم به سمت ایستگاه باشد. اما لغزش، خیلی نزدیک به انتهای گسل جایی که ایستگاه قرار دارد، متمرکز باشد. در واقع فاصله محل شروع شکست تا ایستگاه بسیار کم باشد؛ [7].

شکل 1-22- پارامترهای تعیین شرایط  Rupture directivity؛ [7].

برای نشان دادن اثرات Directivity ، سومرویل و همکاران (1997) ارتباط قسمتی از نمودار طیف پاسخ (با میرایی 5%) را به پارمترهای تعریف شده در شکل (1-22) را تعیین کردند؛ شکل(1-23). پارامتر های اصلاح شده زمین لرزه (نمودارهای مربوط به شکل(1-23))، متوسط طیف پاسخ افقی و نسبت طیف مولفه افقی عمود برامتدادگسل[8]  را به طیف موازی با امتداد گسل[9] هستند.جزئیات مدلی که بر مبنای آن اشکال(1-23) رسم شده اند در بخش بعدی خواهد آمد.

  آیین نامه [10]UBC 97 برای محاسبه اثرات نزدیک گسل از متوسط پارامترهای نزدیک منبع زلزله ،Na و Nv ، استفاده کرده است. این پارامترها به ترتیب برای قسمتهای پریود کوتاه (شتاب ثابت)و پریود متوسط (سرعت ثابت) طیف پاسخ شتاب بکار رفته است. پارامتر های نزدیک گسل آیین نامهUBC97  برای محدوده کمتر از 15 Km برای سه نوع گسل مختلف  تعیین شده است. جدول(1-3).

پارامترهای نزدیک گسل آیین نامه UBC97 قابل مقایسه با متوسط مولفه های افقی موازی و عمود برامتداد گسل مدل سومرویل می باشد .چون آیین نامه متوسط مولفه افقی موازی و عمود بر امتداد گسل را در نظر گرفته است، از این رو مقررات آیین نامه نمی تواند مولفه افقی بزرگتر عمود بر گسل را نشان بدهد؛(سومرویل 1997)، [7].

 

(a)

(b)

شکل 1-23- وابستگی برای شرایط مختلف Directivity . (a) وابستگی متوسط نسبت طیف پاسخ ، به تغییر در بزرگی سطح شکست بین ساختگاه وکانون زلزله (b) نسبت طیف پاسخ مولفه افقی  عمود بر امتداد گسل به متوسط طیف پاسخ برای فواصل و بزرگی های مختلف؛ [7].

 

 

جدول 1-3- فاکتورهای نزدیک گسل آیین نامه  UBC 97؛ [7].

a)جدول تعیین پارامتر Na      b) جدول تعیین Nv     c) جدول تعیین نوع منطقه لرزه ای

¹ کمترین فاصله از منبع زلزله ، حداقل فاصله بین تصویر افقی سطح گسل در روی سطح زمین تا ساختگاه می باشد. نیاز به در نظر گرفتن تصویر افقی سطح گسل در روی سطح زمین (Surface projection) در عمق بیش از 10 Km نمی باشد.

 

در جدول (1-3) ، منطقه لرزه ای نوع A دارای گسلهایی است، که توان ایجاد زلزله های با بزرگی زیاد را دارد . همچنین این منطقه (A)، جزء نواحی با فعالیت لرزه ای بالا می باشد، بطوریکه   زلزله هایی که در این منطقه رخ می دهند؛ دارای حداکثر لنگر لرزه ای بیش از 7 است و لغزش زمین بیش از 5 میلیمتر در سال است. بلعکس منطقه C دارای گسلهایی است که توان ایجاد زلزله های بزرگ را ندارد و این منطقه جزء مناطق با فعالیت کم محسوب می شود. در این منطقه تغییر مکان زمین کمتر از 2 میلیلمتر در سال است و لنگرلرزه ای زلزله های رخ داده کمتر از6.5 می باشد. همه مناطق دیگرکه جزء مناطق A وC نمی باشد، در دسته نواحی نوع B قرار می گیرد.


* برای اصطلاحاتRupture Directivity , Fling Step , Forward Directivity , Backward Directivity  معادل دقیق فارسی نیامده است لذا  از همان اصطلاحات انگلیسی استفاده می کنیم.

[1] Far field

[2] 1989 Loma Prieta , Earthquake

[3] Corralitos

[4] Brancifote Drive

[5] Lexington Dam

[6] Hollister

[7] Digital

[8] Fault-normal

[9] Fault-parallel

[10] 1997 Uniform Building Code

+ نوشته شده در  2007/2/28ساعت   توسط داود عبدالله زاده | 
 
صفحه نخست
پست الکترونیک
آرشیو
عناوین مطالب وبلاگ
درباره وبلاگ
این وبلاگ جهت تبادل اطلاعات در زمینه مهندسی زلزله و کاربرد های آن در مهندسی عمران شکل گرفته است. با توجه به اینکه کشور ایران جزء کشورهای زلزله خیز است لذا امید است اطلاعات این وبلاگ برای مهندسین و دانشجویان محترم مفید باشد.

نوشته های پیشین
2/20/2007 - 3/20/2007
آرشیو موضوعی
علل وقوع زمین لرزه
امواج زلزله
کانون و مرکز زلزله
شدت و بزرگای زلزله
انواع گسلها
خصوصیات زلزله های نزدیک گسل
 

 RSS

POWERED BY
BLOGFA.COM