ارزیابی تاثیر لایه ضعیف در خاک لایه بندی شده با تحلیل چند ایستگاهی امواج سطحی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد ژئوتکنیک گروه عمران و محیط‌زیست، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

2 عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی شیراز

3 استادیار گروه مهندسی عمران، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران

چکیده

شناخت مشخصات زیرسطحی خاک یک پروژه و شناسایی ناهنجاری زیر سطحی همچون وجود لایه ضعیف از مهمترین بخش یک طرح مهندسی می باشد. در این مقاله از روش تحلیل ایستگاهی امواج سطحی جهت شناسایی ناهنجاری زیرسطحی استفاده شده است. با شبیه سازی در محیط نرم افزار اجزا محدود اباکوس ، تاثیر وجود لایه ضعیف در میان لایه های سخت خاک مورد ارزیابی واقع شده است. در این راستا، تاثیر تغییرات پارامتر ضخامت لایه ضعیف و عمق قرار گیری لایه ضعیف با نتایج یک خاک دو لایه مقایسه گردیده است. مقادیر 2، 4، 6 و 8 متر برای لایه ضخامت ضعیف و قرارگیری لایه ضعیف در اعماق 2، 4، 6 و 8 متر انتخاب و مورد ارزیابی واقع شده است. نتایج خروجی بدست آمده در نرم افزار متلب مورد پردازش و مقایسه قرار داده شدند. نتایج حاصل از تاثیر عمق قرارگیری لایه ضعیف در میان دو لایه سخت نشان دادند که وجود لایه ضعیف سبب ایجاد ناپیوستگی و پرش در طیف پراکندگی امواج رایلی شده است که با مقایسه های انجام شده مشخص گردید با افزایش عمق مدفون لایه ضعیف، موقعیت ناپیوستگی و پرش از فرکانس های بالاتر به سمت فرکانس های پایین جابجا شده است. تاثیر عمق و ضخامت لایه ضعیف به صورت ناپیوستگی و پرش های متعدد در طیف پراکندگی امواج رایلی خود را نشان دادند و به تناسب با افزایش ضخامت لایه ضعیف، تعداد پرش ها نیز افزایش داشته اند که این پرش ها به سمت فرکانس های پایین تر متمایل شده اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation the impact of weak layer in layered soil media using MASW method

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mehdi Moradi 1
  • Hossein Rahnema 2
  • Sohrab Mirassi 3
1 Department of Civil and Environmental Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Shahrekord Branch, Islamic Azad University, Shahrekord, Iran
چکیده [English]

Detecting the subsurface anomaly and characteristics of the soil such as weak layer is one of the most important parts of an engineering project. In this paper, the multichannel analysis of surface wave (MASW) is used to identify the subsurface anomaly. The effect of weak layer between soil layers is evaluated by simulating in ABAQUS software. In this regard, the effect of changes in the depth and thickness of weak layer are compared with the results of a two-layer soil media. In examining of thickness parameter, the values of 2, 4, 6 and 8 meters are chosen for thickness of the weak layer. Also, in the investigation of the depth parameter, the location of the weak layer at the depths of 2, 4, 6 and 8 meters are selected. The results showed that the presence of the weak layer caused discontinuity and jump in phase velocity spectrum of Rayleigh wave. It was determined that the position of jump is moved from higher to lower frequencies by increasing the buried depth of the weak layer. In accordance to the increase in the thickness of the weak layer, the number of jumps are increased, and these jumps are inclined towards lower frequencies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Weak layer
  • Rayleigh wave
  • Inversely dispersive layers
  • phase velocity spectrum
  • Depht and thikness
  رهنما، ح. و احسانی نژاد، ل.، 1396،شناسایی حفره های سطحی زمین با استفاده از روش انتقال توام زمان فرکانس موج سطحی منکسر شده،کنفرانس بین المللی عمران،معماری و شهرسازی ایران معاصر،تهران،  ایران
رهنما، ح. دشتی،ف .،1395 ، بررسی پارامترهای مؤثر بر وضوح منحنی پراکندگی امواج سطحی در شناسایی لایه بندی زمین،، دومین کنفرانس ملی ژئومکانیک نفت، تهران، ایران
میراثی، س . رهنما, ح.، 1399، 'ارزیابی تأثیر پارامترهای برداشت در وضوح تصاویر پراکنش در روش تحلیل چند ایستگاهی امواج سطحی', مهندسی عمران شریف, 36.2(4.1),
 
ABAQUS v6.14, S., Abaqus Analysis User’s Guide. Dassault Systèmes Simulia Corp., Proidence, RI, USA, www.simulia.com, 2014.
Aminnedjad, B., & Butt, S. D., 2003. Imaging Abandoned Underground Mines and Assessing Geotechnical Hazards Research Project, Phase 1 Final Report – Assessment of State of the Art for Nondestructive Geophysical Imaging Technology, unpublished report.
Atkinson, J. H., 2000. Non-linear soil stiffness in routine design. Gèotechnique, 50(5), 487–508
Ben-Menahem, A., A concise history of mainstream seismology: Origins, legacy, and perspectives. Bulletin of the Seismological Society of America, 1995. 85(4): p. 1202-1225.
Castaings, M., Bacon, C., Hosten, B., & Predoi, M. V., 2004. Finite element prediction e dynamic response of thermo-viscoelastic material structures. The Journal of the Acoustical Society of America, 115(3), 1125-1133.s for th
Catalina Orozco, M., 2003, Inversion method for spectral Anlysis of Surface Wave(SASW). Ph.D. Thesis, Georgia Institute of Technology
Chai, H. Y., Phoon, K. K., Goh, S. H., & Wei, C. F., 2012. Some theoretical and numerical observations on scattering of Rayleigh waves in media containing shallow rectangular cavities. Journal of Applied Geophysics, 83, 107-119.
Coduto, D. P., 2015. Foundation design: principles and practices. Pearson. (Second edition), Prentice Hall, Inc.
Davoodi, M., Pourdeilami, A., Jahankhah, H., & Jafari, M. K., 2018. Application of perfectly matched layer to soil-foundation interaction analysis. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 10(4), 753-768.
Drozdz, M. B., 2008. Efficient finite element modelling of ultrasound waves in elastic media (Doctoral dissertation, Imperial College London). Imperial College London.
Foti, S., 2000, Multistation Methods for Geotechnical Characterization using Surface Waves. PhD Thesis, Poletechnic di Torino, Italy.
Hesse, D., & Cawley, P., 2006. Surface wave modes in rails. The Journal of the Acoustical Society of America, 120(2), 733-740.
Ivanov, J., Miller, R. D., Park, C. B., & Ryden, N., 2003. Seismic search for underground anomalies. In: SEG Technical Program Expanded Abstracts 2003, (pp. 1223-1226), Society of Exploration Geophysicists.
Jakka, R. S., Roy, N., & Wason, H. R., 2014. Implications of surface wave data measurement uncertainty on seismic ground response analysis. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 61, 239-245.‏
 Jones RB., 1958. In-situ measurement of the dynamic properties of soil by vibration methods. Geotechnique 1958;8(1):1–21.
Lin, S., & Ashlock, J. C., 2014. Multimode Rayleigh wave profiling by hybrid surface and borehole methods. Geophysical Journal International, 197(2), 1184-1195.
Luo, W., & Rose, J. L., 2007. Phased array focusing with guided waves in a viscoelastic coated hollow cylinder. The Journal of the Acoustical Society of America, 121(4), 1945-1955.
Mirassi, S., Hossein Rahnema, Attieh Eshaghi., 2020. Evaluation of surface wave components for identification of subsurface cavities using 2D and 3D finite element modeling method, Journal of Research on Applied Geophysics, 6(2), 219-233. magiran.com/p2199518
Mirassi, S., Rahnema, H., 2020. 'Improving the performance of absorbing layers with increasing damping in the numerical modeling of surface waves propagation using finite element method', Scientific Quarterly Journal of Iranian Association of Engineering Geology, 13(2), pp. 13-26.
Mirassi, S., Rahnema, H., 2021. 'E‌f‌f‌e‌c‌t o‌f a‌c‌q‌u‌i‌s‌i‌t‌i‌o‌n p‌a‌r‌a‌m‌e‌t‌e‌r‌s o‌n t‌h‌e r‌e‌s‌o‌l‌u‌t‌i‌o‌n o‌f d‌i‌s‌p‌e‌r‌s‌i‌o‌n i‌m‌a‌g‌e i‌n m‌u‌l‌t‌i-c‌h‌a‌n‌n‌e‌l a‌n‌a‌l‌y‌s‌i‌s o‌f s‌u‌r‌f‌a‌c‌e w‌a‌v‌e‌s m‌e‌t‌h‌o‌d', Sharif Journal of Civil Engineering, 36.2(4.1), pp. 3-13. doi: 10.24200/j30.2019.53491.2551
Mirassi, S., Rahnema, H., 2020. Deep cavity detection using propagation of seismic waves in homogenous half-space and layered soil media. Asian J Civ Eng 21, 1431–1441. https://doi.org/10.1007/s42107-020-00288-2.
Moss, R.E.S., 2008. Quantifying measurement uncertainty of thirty-meter shear-wave velocity. Bulletin of the Seismological Society of America. 98(3): p. 1399-1411.
Nazarian, S., K.H. Stokoe II, and W.R. Hudson., 1983, Use of spectral analysis of surface waves method for determination of moduli and thicknesses of pavement systems, Transportation Research Record No. 930.
Olsson, D., 2012. Numerical simulations of energy absorbing boundaries for elastic wave propagation in thick concrete structures subjected to impact loading. Thesis, Umeå University.
Park, C. B., Miller, R. D., & Xia, J., 1999. Multichannel analysis of surface waves. Geophysics, 64(3), 800-808.
Park, C. B., Miller, R. D., and Xia, J., 1996c, Multi-channel analysis of surface waves (MASW): Submitted for publication in Geophysics.
Rahnema, H., Ehsaninezhad, L., Dashti, F., & Talebi, G., 2020. Detection of subterranean cavities and anomalies using multichannel analysis of surface wave. Geomechanics and Geoengineering, 1-14.
Rahnema, H., Mirassi, S., 2021. 'Effect of frequency content of seismic source load on Rayleigh and P waves in soil media with cavity', Journal of Structural and Construction Engineering, 8(2), pp. 280-300. doi: 10.22065/jsce.2019.176403.1808
Rahnema, H. and Mirassi, S., 2014. Drought and water crisis in Plains of Iran: a case study of Marvdasht and Khanmirza Plains, Fars and Chaharmahal and Bakhtiari Province, Iran. International Bulletin of Water Resources and Development, 2(1), pp.139-54.
Rahnema, H., Mirassi, S., & Dal Moro, G., 2021. Cavity effect on Rayleigh wave dispersion and P-wave refraction. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 20(1), 79-88.
Rahnema, H., Rasekh, M., Mirassi, S., 2021. 'Effect of subsurface cavity length on Rayleigh wave propagation to identify near and far boundary of the cavity', Journal of Structural and Construction Engineering, (), pp. -. doi: 10.22065/jsce.2021.299727.2530
Rahnema, H. and Mirassi, S., 2014. Crisis management concerning underground water falling and land subsidence occurrence in the plains of Iran. Advances in Environmental Biology, pp.1453-1466.
Rahnema, H. and Mirassi, S., 2016. Study of land subsidence around the city of Shiraz. Scientia Iranica. Transaction A, Civil Engineering, 23(3), p.882.
Rahnema, H. and Mirassi, S., 2016. Analysis and evaluate the effective parameters on land subsidence. Modares civil engineering journal, 16(1), pp.45-54.
Rajagopal, P., Drozdz, M., Skelton, E. A., Lowe, M. J., & Craster, R. V., 2012. On the use of absorbing layers to simulate the propagation of elastic waves in unbounded isotropic media using commercially available finite element packages. NDT & E International, 51, 30-40.
Rayleigh, L., 1885. On waves propagated along the plane surface of an elastic body. Proc. Math. Soc. London.
Richart Jr.FE, Woods RD, Hall JR. Vibrations of soils and foundations. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall; 1970.
Schwenk, J.T., S.D. Sloan, J. Ivanov, and R.D. Miller., 2016 Surface-wave methods for anomaly detection. Geophysics. 81(4): p. EN29-EN42.
Song, X., & Gu, H., 2007. Utilization of multimode surface wave dispersion for characterizing roadbed structure. Journal of Applied Geophysics, 63(2), 59-67.
Yilmaz, O., 1987. Seismic data processing, volume 2 of Investigations in Geophysics. Society of Exploration Geophysicists.
Yoon, S. and G.J. Rix., 2009. Near-field effects on array-based surface wave methods with active sources. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2009. 135(3): p. 399-406.