بررسی عددی اثر لایه‌بندی غیر افقی خاک بر پاسخ لرزه‌ای تپه نیم‌سینوسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

2 دانشیار، دانشکده زمین‌شناسی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

4 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد ژئوتکنیک، دانشگاه ارومیه، آذربایجان غربی، ایران

چکیده

ارزیابی تشدید لرزه‌ای سایت و ارتباط آن با ساختارهای زمینی نقش مهمی در مهندسی زلزله و ارزیابی خطر دارد. امواج لرزه‌ای با تغییرات هندسی ناگهانی به دلیل اثرات توپوگرافی، به‌طور قابل توجهی، می‌تواند تشدید شود. بااین‌حال، سؤالی که مطرح می‌شود این است که چگونه می‌توان تشدید ناشی از زلزله بر روی توپوگرافی را تخمین زد؟ در مقاله حاضر، از نرم‌افزار تفاضل محدود FLAC2D، برای تحلیل توپوگرافی تپه نیم‌سینوسی تحت رکورد زلزله لاندرز، استفاده شده است. نوآوری تحقیق حاضر، کاربرد لایه‌های خاک با زاویه‌ها و مصالح مختلف برای توپوگرافی می‌باشد که با هدف بررسی تأثیر زاویه لایه‌بندی غیر افقی خاک بر میزان تشدید حرکت لرزه‌ای تپه دنبال می‌شود. نتایج تحلیل به‌صورت بدون بعد نشان داده‌ شده و الگوهای نسبت تشدید نظیر جابه‌جایی افقی مقایسه می‌شود. با مقایسه نتایج حاصل شده، به این مهم دست یافته‌ شد که هر یک از پارامترهای زاویه لایه‌بندی مصالح توپوگرافی، ارتفاع، تعداد لایه‌های مصالح و نحوه قرارگیری مصالح لایه‌های موجود در توپوگرافی تپه از مؤلفه‌های مؤثر بر پاسخ لرزه‌ای ساختگاه هستند. با افزایش زاویه بین مصالح از ۱۵ تا ۴۵ درجه، میزان بزرگنمایی افزایش داشته و پس از آن، با بیشتر شدن زاویه از مقدار بزرگنمایی تا حدودی کاسته می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Amelsakhi, M., Sohrabi-Bidar, A., & Shareghi, A. (2014). Spectral assessing of topographic effects on seismic behavior of trapezoidal hill. World Academy Science Engineering and Technology, International Journal of Environmental, Earth Science and Engineering, 8(4).
Amelsakhi, M., Sohrabi-Bidar, A., &Shareghi, A. (2017). Seismic assessment of trapezoidal-shaped hills induced by strong ground motion records. JSEE, 19(4).
Ashford, S.A., Sitar, N., Lysmer, J., & Deng, N. (1997). Topographic effects on the seismic response of steep slopes. Bulletin of the Seismological Society of America, 87(3), 701-709.
Athanasopoulos, G., Pelekis, P., & Leonidou, E. (1999). Effects of surface topography on seismic ground response in the Egion (Greece) 15 June 1995 earthquake. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 18(2), 35.149.
Bard, P.Y. (1982). Diffracted waves and displacement field over two-dimensional elevated topographies. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 71(3), 731-760.
BHRC (2014). Building Design Regulations against Earthquakes, Standard 2800, Fourth edition. Road, Housing and Urban Development Research Center, in Persian.
Boore, D.M. (1972). A note on the effect of simple topography on seismic SH waves. Bulletin of the Seismological Society of America, 62(1), 275-284.
Boore, D.M. (1973). The effect of simple topography on seismic waves: implications for the accelerations recorded at Pacoima Dam, San Fernando Valley, California. Bulletin of the Seismological Society of America, 63(5), 1603-1609.
Bouchon, M. (1973). Effect of Topography on Surface Motion. Bull. Seism. Soc. Am., 63, 615-632.
Bouckovalas, G., & Kouretzis, G. (2001). Stiff soil amplification effects in the 7 September 1999 Athens (Greece) earthquake. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 21(8), 671-687.
Bouckovalas, G.D., & Papadimitriou, A.G. (2005). Numerical evaluation of slope topography effects on seismic ground motion. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 25(7), 547-558.
Celebi, M. (1987). Topographical and geological amplifications determined from strong-motion and aftershock records of the 3 March 1985 Chile earth- quake. Bulletin of the Seismological Society of America, 77(4), 1147-1167.
Geli, L., Bard, P.V., & Julien, B. (1988). The Effect of Topography on Earthquake Ground Motion: A Review and New Results. Bull. Seism. Soc. Am., 78, 42-63.
Itasca Consulting Group Inc., Flac2D Fast Lagrangian Analysis of Continua in 2 Dimensions, Version 5.00, User's Manual, 2005.
Kamalian, M., Gatmiri, B., & Sohrabi-Bidar, A. (2007). Amplification pattern of 2D semi-sine-shaped valleys subjected to vertically propagating incident waves. Commun. Numer. Meth. Engng., 23, 871-887.
Kamalian, M., Jafari, M.K., Dehghan, K., Sohrabi-Bidar, A., & Razmkhah, A. (2003). Two-dimensional hybrid response analysis of trapezoidal shaped hills in time domain. Advances in Boundary Element Techniques IV, 231-236.
Kamalian, M., Sohrabi-Bidar, A., Razmkhah, A., Taghavi, A., & Rahmani, I. (2008). Considerations on seismic microzonation in areas with two-dimensional hills. Journal of Earth System Science, 117(2), 783-796.
Kuhlemeyer, R.L., & Lysmer, J. (1973). Finite element method accuracy for wave propagation problems. Journal of the Soil Dynamics Division, 99, 421-427.
Mayoral, J.M., De la Rosa, D., & Tepalcapa, S. (2019). Topographic effects during the September 19, 2017 Mexico City earthquake. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 125.
Moczo, P., Bystricky, E., Kristek, J., Carcione, J.M.,    & Bouchon, M. (1997). Hybrid modeling of P-SV seismic motion at inhomogenous viscoelastic topographic structures. Bull. Seism. Soc. Am., 87,   1305-1323.
Nguyen, Kh., & Gatmiri B. (2007). Evaluation of seismic ground motion by topographic irregularity.   Soil Dynamic and Earthquake Engineering, 27, 183- 188.
PEER [online] Peer Ground Motion Database. http://ngawest2.berkeley.edu/spectras/21326/searches/20106/edit. (Accessed 2 March 2014).
Rizzitano, S., Cascone, E., & Biondi, G. (2014).  Coupling of topographic and stratigraphic effects on seismic response of slopes through 2D linear and equivalent linear analyses. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 67, 66-84.
Sanchez-Sesma, F.J. (1987). Site Effects on Strong Ground Motion. Soil Dyn. Earthquake Eng., 6, 124-132.
Sanchez-Sesma, F.J., & Campillo, M. (1991). Diffraction of P, SV and Rayleigh waves by topographic features: a boundary integral formulation. Bull. Seism. Soc. Am., 81, 234-253.
Sohrabi-Bidar, A. (2008). Seismic Behavior Assessment of Surface Topographies Using Time-Domain 3D Boundary Elements Method. Ph.D. Thesis, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology, Tehran, Iran.
Sohrabi-Bidar, A., & Kamalian, M. (2013). Effects of three-dimensionality on seismic response of Gaussian-shaped hills for simple incident pulses. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 52, 1-12.
Sohrabi-Bidar, A., Kamalian, M., & Jafari, M.K. (2009). Seismic waves scattering in three dimensional homogeneous media using time-domain boundary element method. Earth Space Phys., 38(1), 23-40.
Sohrabi-Bidar, A., Kamalian, M., & Jafari, M.K. (2009). Time-domain BEM for three-dimensional site response analysis of topographic structures. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 79(12), 1467-1492.
Sohrabi-Bidar, A., Kamalian, M., & Jafari, M.K. (2010). Seismic response of 3-D Gaussian-shaped valleys to vertically propagating incident waves. Geophysical Journal International, 183(3), 1429-1442.
Song, J., Gao, Y., & Feng, T. (2020). Influence of interactions between topographic and soil layer amplification on seismic response of sliding mass and slope displacement. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 129, 105901.
Spudich, P., Hellweg, M., & Lee, W. (1996). Directional topographic site res-ponse at Tarzana observed in aftershocks of the 1994 Northridge, California aerthquake: implications for mainshock motions. Bulletin of the Seismological Society of America, 86(1B), S193-S208.   
Trifunac, M.D., & Hudson, D.E. (1971). Analysis of the Pacoima Dam accelerogram San Fernando, California earthquake of 1971. Bulletin of the Seismological Society of America, 61(5), 1393-1411.
Wang, F., Miyajima, M., Dahal, R., Timilsina, M., Li, T., Fujiu, M., Kuwada, Y., & Zhao, Q. (2016). Effects of topographic and geological features on building damage caused by 2015.4. 25 Mw 7.8 Gorkha earthquake in Nepal, a preliminary investigation report. Geoenvironmental Disasters, 3(1), 1-17.
Wong, H.L. (1982). Effect of surface topography on the diffraction of P, SV and Rayleigh waves. Bull. Seismol. Soc. Am., 72(4), 1167-1183.
Yin, C., Li, W., & Wang, W. (2021). Evaluation of ground motion amplification effects in slope topography induced by the arbitrary directions of seismic waves. Energies, 14, 6744.
Zhenning, B.A., Gao, X., & Lee, V.W. (2019). Scattering of plane P- and SV-waves by periodic topography: Modeled by a PIBEM. Engineering Analysis with Boundary Elements, 320-333.