جزوه مهندسی زلزله

توضیحات

جزوه مهندسی زلزله

جزوات فنی مهندسی

لرزه شناسی مهندسی
برخی تعاریف اولیه
هرگونه بهم ریختگی در لایه های درونی زمین سبب انتشار امواج در محیط خاک شده و سبب ایجاد زمین لرزه میشود. زلزله ها را میتوان بر حسب نوع و نحوه ایجاد آنها بصورت زیر تقسیم بندی نمود:
الف- زلزله های تکتونیک Tectonic:

طبق این فرضیه، پوسته زمین (Lithosphere ) از چندین قطعه بزرگ و شناور ساخته شده که صفحه Plate نام دارد. این صفحه ها که هر یک حدودا 80کیلومتر ضخامت دارند روی لایه های نرم درون کره نسبت بهم حرکت میکنند. در فصل مشترک صفحات، نیروهای بین صفحه ای بوجود می آید که عامل اصلی ایجاد حرکات قوی بین صفحه ای زمین می باشد

( Intra-plate Tectonic .Earthquakes) حدود %15از زلزله ها در ناحیه لبه های زاینده صفحات ( Spreading Zone ) و یا لبه های میان اقیانوسی (Mid Oceanic Ridge ) ایجاد شده و %5انرژی آزاد شده مربوط به این نوع زلزلاه ها می باشد. %95از انرژی آزاد شده نیز مربوط به زلزله های کم عمق نواحی فرو رانشی ( Suducton Zone ) یا گودال های اقیانوسی ( Ocean-Trench )میباشد.

در حال حاضر صفحات آفریقا قطب جنوب و آمریکای شمالی و جنوبی رشد کرده و صفحه اطیانوس آرام کاهش می یابد.

ب- زلزله هایی که بدنبال وقوع آتشفشانی کوه ها صورت میپذیرد (Volconic Earthquake)
ت- زمین لرزه های ناشی از ریزش و فروپاشی درون زمین (در معادن و یا غارهای زیرزمینی.)

به عنوان نمونه میتوان به پدیده انفجار معدن (Mine Burst) اشاره نمود. افزایش ناگهانی تنش در دیواره های معادن باعث انفجار و پرتاب سنگ ها در آنها شده و ایجاد امواج لرزه ای میکند. رانش های بزرگ هم مسبب این گونه زلزله ها هستند. در پرو در ،1974رانشی به حجم 1/6تا 109متر مکعب با سرعت 140کیلومتر در ساعت و در طول 7کیلومتر رخ داد که سبب ایجاد یک زمین لرزه به مدت حدودا 3دقیقه و با بزرگای 4/5ریشتر گردید.
پ- زمین لرزه های ناشی از دست بشر، لرزش های ناشی از یک انفجار اتمی میتواند سبب ایجاد زلزله های با بزرگی حتی 7ریشتر شود. آزمایش انفجار اتمی نوادا در آمریکا در سال 1968در پنجاه کیلومتری از یک سایت به مدت 12ثانیه زمین را لرزاند. زمین لرزه های مربوط به ردیف های ب و ت به عنوان زمین لرزه های بین صفحه ای (Inter-Plate) نیز شناخته میشوند.

تقسیم بندی زلزلهها به لحاظ عمق کانونی
الف- زلزلههای کم عمق (S)

این نوع زلزله ها داری عمق کانونی در حدود 5 – 70 kmمی باشند. حدود %75از کل انرژی آزاد شده توسط زلزله ها مربوط به این نوع زلزله ها میباشد. در کالیفرنیا این عمق کمتر از 5 kmمیباشد.
ب- زلزله هایی با عمق متوسط (Intermediate Focus) این نوع زلزله ها دارای عمق کانونی در حدود 70 – 200 kmمیباشند.
ج- زلزله هایی با عمق زیاد (Deep Focus) این نوع زلزله ها دارای عمق کانونی در حدود 200 – 700kmمیباشند و معمولا در نواحی فرورانش رخ میدهند.
انواع امواج لرزه ای ایجاد شده در یک زمین لرزه
انرژی آزاد شده ناشی از پدیده گسلش ( Fault ) به صورت امواج در محیط منتشر میشوند. به صورت کلی این امواج به صورت زیر طابل تقسیمبندی میباشند:
الف- امواج بدنه ای Body Wave

این نوع امواج در داخل بدنه کره منتشر شده و به دو نوع امواج فشاری و امواج برشی تقسیم میگردند.
امواج (Primary wave, Pressure Wave( P
در این نوع موج، نوسان ذرات در جهت امتداد انتشار آنها می باشد. این نوع موج در راستای انتشار صخره ها را فشرده و یا کشیده و از سیالات نیز عبور میکند. بخشی از این موج در فصل مشترک زمین و هوا به اتمسفر منتشر شده (به صورت امواج صوتی) و ممکن است قابل شنیدن باشند (بالاتر از .)15 Hzسرعت
امواج Pدر پوسته هایی با سنگ های گرانیتی حدود ، 6 Km/secدر سنگ های بازالتی حدود 6/7 km/secودر گوشته زمین حدود 8/2 km/secمی باشد.
امواج (Secondary Wave ، Shear Wave) S
در این نوع موج، نوسان ذرات خاک در جهدت عمود بر امتداد انتشار آنها صورت می گیرد. این نوع موج به دو مؤلفه SVو SHقابل تجزیه میباشد. موج Sدر هنگام انتشار صخره ها را در جهاد عمود بر جهت
انتشار برش می دهد. به علت عدم وجود مقاومت برشی در سیالات، امواج Sدراین نوع محیط منتشر نمی شوند.
حتی پدیده روانگرایی در خاک، نیز می تواند از انتشار امواج Sجلوگیری کند. سرعت امواج برشی در حدود %50سرعت امواج طولی است. ازدیاد فشار باعث افزایش سرعت انتشار و افزایش دما باعث کاهش آن میشود. همچنین در سنگ های متراکم و یکپارچه سرعت انتشار زیاد و در سنگ های سبکتر و نرم کمتر می باشد.
ب- امواج سطحی:
امواج سطحی از برخورد امواج بدنه ای با سطح زمین و در مجاورت آن ایجاد شده و سریعا با افزایش عمق میرا میشوند. این امواج به انواع زیر تقسیم بندی میشوند:
ب- -1امواج لاو (Love)
مانند امواج ،Sو در صفحه ای افقی در سطح زمین حرکت می کند. اثرات تخریبی آن خصوصا بار ساختمان ها زیاد است.
ب- -2 امواج رالی ،Rayleigh

تحت اثر حرکت این موج سطحی، ذرات خاک در صفحه قائم در روی یک بیضی (ترکیب یک موج Sدر صفحه قائم و یک موج P )حرکت می کنند. امواج سطحی آرام تر از امواج بدنه ای حرکت می کنند. موج لاو سریع تر از موج رایلی منتشر می شود. به علت اختلاف سرعت انتشار، انواع مختلف امواج در طول زمان انتشار از هم جدا میشوند.
تعیین محل کانون زلزله (Hypocenter)
با توجه به اختلاف سرعت انتشار امواج Pو Sو با داشتن اختلاف زمان دریافت این امواج بار روی لرزه نگارها، میتوان فاصله محل استقرار لرزه نگار تا محل کانون زلزله را تعیین کرد: 

در این رابطه Vpو Vsسرعت انتشار موج های Pو Sو Dفاصله ایستگاه تا کانون زلزله می باشد. با داشتن فاصله کانونی زلزله برای حداقل 3ایستگاه میتوان موقعیت کانون زلزله را (با احتمال وجود خطا) از تقاطع سه کره بدست آورد.

بزرگی زلزله:
برای یک ارزیابی کلی از گستردگی و مقدار انرژی آزاد شده توسط یک زلزله مورد استفاده قرار گرفته و تعیین مقدار آن طبعا باید مستقل از موقعیت مکانی باشد. برای این کار از دامنه امواج ثبت شده توسط یک لرزه نگار استفاده میشود. بنابراین لازم اسد با توجه به مواردی چون پخش هندسی امواج و میرائی آنها در اثر طی مسافت، اصلاحات مورد نیاز انجام شود.

فرم کلی روابط تعیین بزرگی زلزله به صورت زیر میباشد:

که در این رابعه: A دامنه سیگنال، : Tپریود سیگنال اندازه گیری شده، Fضریب اصلاح دامنه با توجه به عمق کانون زلزله ، h فاصله از لرزه نگار و Δ و Cیک ضریب اصلاح منطقه ای می باشد.