بررسی تأثیر حفره‌های زیرزمینی بر پاسخ سطح زمین به روش عددی و مقایسه آن با نتایج تجربی (مطالعه موردی تونل‌های متروی کرج)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکتری گروه عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

2 2. پژوهشگاه بین‌المللی مهندسی زلزله و زلزله‌شناسی، تهران، ایران

چکیده

مطالعات انجام‌شده در زمینۀ تأثیر حفرات زیرزمینی بر پاسخ لرزه­ای زمین بیشتر بر روش‌های تحلیلی متمرکز بوده که ضعف اصلی آن‌ها، ساده نمودن بیش‌ از حد مسئله به لحاظ هندسه حفره و مشخصات مصالح است. لذا نیاز به مطالعات وسیع‌تر در این زمینه با استفاده از مد‌‌ل‌سازی عددی و همچنین روش‌های تجربی و به‌ویژه با در نظر گرفتن حفرات زیرزمینی واقعی ضروری است. در پژوهش حاضر این مهم بامطالعه بر روی تونل در دست احداث خط دوی پروژه­ی قطار شهری کرج مدنظر قرار گرفت. یازده محل در مجاورت این تونل و ایستگاه­های مربوط به آن انتخاب گردید و برای آن‌ها با استفاده از برداشت­های خردلرزه­سنجی، نسبت­های طیفی خردلرزه­ها بین نقاطی در سطح زمین و نقاط مرجع در کف تونل محاسبه گردید. برای چهار محل مطالعه به روش عددی اجزا محدود نیز صورت گرفت. نتایج مطالعات تجربی در کاظمینی و همکاران (2015) ارائه گردیده است. هدف مقاله حاضر ارائه نتایج به‌ دست‌ آمده از روش عددی و مقایسه آن با نتایج تجربی است. نتایج نشان می‌دهند، حفره‌های زیرزمینی بر پاسخ‌های به‌ دست ‌آمده در سطح زمین تأثیر قابل ‌توجهی داشته، به‌طوری‌که حضور آن‌ها باعث افزایش بزرگنمایی در بازه‌های فرکانسی کوچک و بزرگ‌شده و با افزایش ابعاد حفره و نزدیک‌تر شدن به محور حفره مقادیر بزرگنمایی بیشتری قابل‌ مشاهده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical modelling of the effect of the underground cavities on evaluation of seismic site response (Study of subway tunnel in city of Karaj)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Javad Kazemeini 1
  • Ebrahim Haghshenas 2
  • Mohsen Kamalian 2
1 Department of Civil Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran 2. MSc
2 International Institute of Earthquake Engineeing and Seismology, Iran,
چکیده [English]

The study of the effect of underground cavities on site seismic response have been mainly carried out by analytical methods. The main weakness of these methods are extra simplification in terms of geometry and material properties. Therefore, the need to comprehensive studies in this field, using numerical modeling and experimental methods, particularly considering the real case underground cavities is essential. In the present study, a real case of a subway tunnel, belong the underconstruction subway network of the Karaj city (Iran) was considered. 4 sites along the line 2 of this subway, for which experimatal measurment of ambiant noise have been perfomed, were selected and for them numerical modeling  by finite element method were carried out. Results of the numerical modeling are compared with the experimental spectral ratios obtained by Kazemeini et al (2014). The result show that the presence of underground cavities, affect the site seismic response significantly and leeds to apperance of amplification in low and high frequency ranges that increase with increment of tunnel dimention and decrement of the distance to the tunnel axis. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Unerground cavities
  • Seismic response
  • Numerical modeling
  • Experimental technics
  • ambiant noise

حق‌شناس، ا.، کمالیان، م.، داودی، م.، گریوانی، ه.و کاظمینی، م.ج.، 1392. ریز پهنه‌بندی ژئوتکنیک لرزه‌ای شهر کرج، ایران. گزارش پژوهشگاه بین‌المللی مهندسی زلزله و زلزله‌شناسی.

Alielahi, H.,  Kamalian, M., Asgari Marnani, J., Jafari, M. K. and Panji, M., 2012. Applying a time-domain boundary element method for study of seismic ground response in the vicinity of embedded cylindrical cavity. Iranian Journal of Civil Engineering, transaction B: Geotechnical Engineering,11(1): 45-54.

Crichlow, J. M. 1982. The effect of underground structure on seismic motions of the ground surface. Geophysical Journal International, 70(3): 563-575.

Hashash, Y., Hook, J. J. and Schmidt, B. 2001. Seismic design and analysis of underground structures. Tunnelling and Underground Space Technology, 16(4): 247-293.

Kazemeini, M.J., Haghshenas, E. and Kamalian, M., 2015.Experimental evaluation of seismic site response over and nearby underground cavities: Study of subway tunnel in city of Karaj,Iran. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 39(C2): 319-332.

Lombardo, G. and Rigano, R., 2010. Local seismic response evaluation in natural and artificial cavities. Proceedings 3 International Symposium “Karst Evolution in the South Mediterranean Area”, 29–31 May 2009: Ragusa, Italy, Speleologia Iblea C.I.R.S., 14, pp. 71–78.

Rodríguez-Castellanos, A., Luzón, F. and Sánchez-Sesma, F. 2005. Diffraction of seismic waves in an elastic, cracked halfplane using a boundary integral formulation. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 25(11): 827-837.

Sgarlato, G., Lombardo, G., and Rigano, R. 2011. Evaluation of seismic site response nearby underground cavities using earthquake and ambient noise recordings: A case study in Catania area, Italy. Engineering Geology, 122(3), 281-291.

Yiouta-Mitra, P., Kouretzis, G., Bouckovalas, G., and Sofianos, A. 2007. Effect of underground structures in earthquake resistant design of surface structures. Dynamic Response and Soil Properties, Geo-Denver: New Peaks in Geotechnics.