مطالعات ژئوتکنیک لرزه ای

آزمایش‌های لرزه نگاری و خرد لرزه نگاری

لرزه‌نگاری مطالعه علمی گسترش امواج الاستیک در زمین می‌باشد و به عنوان یکی از شاخه‌های ژئوفیزیک شناخته می‌شود. ازآنجا که امکان دسترسی به لایه‌ها و ساختارهای درون زمین میسر نمی‌باشد، امواج الاستیک این امکان را فراهم می‌کند که به بازسازی آنچه در زیرزمین وجود دارد، با استفاده از اطلاعات بدست آمده از این امواج، بپردازند. بدین صورت لرزه‌شناسی به زمین شناسی و اکتشافات معدنی مرتبط می‌شود. لرزه‌نگاری برای مطالعه علمی پیدایش زلزله و امواج حاصل از آن بوجود آمد. امواج لرزه‌ای همان امواج صوتی با طیف فرکانس گسترده‌تری هستند که به سه نوع کلی امواج فشاری(P-waves) ، امواج برشی (S-waves) و امواج سطحی (Surface waves) طبقه بندی می‌شوند. سرعت انتشار امواج بستگی به جنس محیط دارد.

علم لرزه خود به دو گروه اصلی زلزله و نفت تقسیم می‌گردد. در شاخه زلزله، امواج زلزله که از جنس امواج صوتی می‌باشند، مورد مطالعه قرار می‌گیرند. امواج زلزله حاوی اطلاعات زیادی از لایه‌های مختلف کره زمین می‌باشند که با ثبت و رکورد این امواج بدست می‌آید. در شاخه نفت اطلاعات لرزه‌ای با ایجاد امواج لرزه‌ای مصنوعی در سطح زمین و دریافت بازتاب این امواج از درون لایه‌های زیر سطحی به دست می‌آید. به دلائل اقتصادی و اهمیت اکتشاف و تولید نفت علم لرزه‌نگاری کاربردهای فراوانی در صنعت انرژی پیدا کرده است. کاربرد علم لرزه‌نگاری در صنعت نفت خود به دوگروه لرزه‌نگاری اکتشافی و لرزه نگاری توسعه‌ای تقسیم می‌گردد. لرزه‌نگاری اکتشافی بیشتر بصورت دو بعدی و لرزه نگاری توسعه‌ای میادین شناخته شده بصورت سه بعدی و چهار بعدی انجام می‌گیرد.

از جمله آزمایش‌های لرزه نگاری که توسط این شرکت قابل انجام می‌باشد به شرح زیر است:

  • لرزه‌نگاری به روش‌ شکست‌ مرزی
  • لرزه‌نگاریبه روش‌ انعکاسی کم عمق
  • خردلرزه‌نگاریPetite – Seismic
  • روش لرزه نگاری درون چاهی (Down Hole)
  • بین گـــمانه‌ای (Holeـ Cross)
  • لرزه نگاری انکساری

تعیین پارامترهای دینامیکی خاک

رفتار دینامیکی خاک شامل تعیین مشخصات دینامیکی خاک مطالعه رفتار انواع خاک‌ها تحت اثر بارهای دینامیکی است. این رفتار به کرنش وابسته می‌باشد و شامل مدول دینامیکی، مدول یانگ، مدول کمانش و مدول برشی، نسبت پواسون، ضریب ثابت فشار، ضریب متغیر فشار، ثابت و متغیر برشی، ضریب میرایی، پارامترهای مایع شوندگی و مشخصات مقاومت در برابر تغییر شکل است. فونداسیون‌ها و ساختار خاک تحت اثر فشار دینامیکی ناشی از ماشین‌ها، ساخت و سازها، انفجار، امواج ساطع شده از آب و زلزله و غیره قرار می‌گیرند. امواج زلزله بیشترین شرایط بحرانی را فراهم می‌کنند. با توجه به غیرقابل پیش بینی بودن حرکات زمین در مدت زلزله امکان نشست، روانگرایی و تا حدی تکان خوردن سازه وجود دارد.

گسترش خرابی ناشی از زلزله در خاک به رفتار دینامیکی خاک مرتبط است که با سیکل‌های غیرخطی و پارامترهای مقاومت خاک پوشش داده می‌شود. پاسخ زمین برای موارد زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:

  • پیش بینی جابجایی سطوح زمین برای طراحی براساس طیف پاسخ
  • بررسی تنش دینامیکی و کرنش‌ها برای ارزیابی خطر روانگرایی
  • تعیین نیروهای زلزله

تحلیل طیف ویژه ساختگاه

طراحی سازه‌های متعارف معمولاً با تأکید بر پریود مد اول سازه انجام می‌شود. منظور از سازه‌ی متعارف، سازه‌ای می‌باشد که نامنظمی‌های شدید نداشته باشد و سیستم سازه‌ای آن جزو سیستم‌های معرفی‌شده در آیین‌نامه قرار داشته و همچنین ارتفاع آن‌ در محدوده‌ی تعیین‌شده توسط آیین‌نامه‌های طراحی قرار گیرد.

در این سازه‌ها با استفاده از مفهومی به نام طیف، می‌توان نیروی وارد بر سازه را محاسبه نمود. انواع طیف‌هایی که در آیین‌نامه‌های طراحی وجود دارد، طیف طرح استاندارد و طیف ویژه ساختگاه نام دارند.

طیف طرح استاندارد توسط آیین‌نامه محاسبه شده و برای استفاده از آن تنها نیاز به داشتن پریود مٌد اول سازه، میزان لرزه‌خیزی منطقه، میزان اهمیت سازه، نوع خاک ساختگاه و همچنین سیستم سازه‌ای می‌باشد. طیف ویژه ساختگاه در سازه‌های پراهمیت مورد استفاده قرار می‌گیرد و توسط گروهی از متخصصین این شرکت محاسبه می‌شود.

همان‌طور که گفته شد، منحنی طیف طرح استاندارد آیین‌نامه به کمک روش‌های آماری و به کمک تعداد زیادی شتاب‌نگاشت بدست می‌آید؛ اما در رابطه با سازه‌های پراهمیت نیاز به محاسبات دقیق‌تری جهت محاسبه‌ی طیف طرح می‌باشد تا دقت نتایج بهبود یابد. در این مواقع، آیین‌نامه استفاده از طیف طرح ویژه ساختگاه را به جای طیف طرح استاندارد پیشنهاد می‌کند.

بنا به توضیحات آیین‌نامه، این طیف با استفاده از مشخصات زلزله‌های منطقه ساختگاه و با توجه به ویژگی‌های زمین‌شناسی، تکتونیکی، لرزه‌شناسی، میزان خطرپذیری و مشخصات خاک در لایه‌های مختلف ساختگاه و با به‌کارگیری نسبت میرایی ۵ درصد تعیین می‌گردد.

تحلیل خطر لرزه خیزی

شرایط لرزه زمین ساخت و تنوع نوع خاک محل قرارگیری سازه و تجهیزات مختلف موجب شده است تا در پروژه‌های بهسازی لرزه‌ای با اهمیت، تحلیل خطر لرزه‌ای ساختگاه، امری اجتناب ناپذیر شود. با توجه به تعداد روزافزون پروژه‌های بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌ها و شریان‌های حیاتی کشور نیاز روز افزونی به تحلیل خطر لرزه‌ای ویژه برای ساختگاه پروژه‌ها می‌باشد. یکی از رویکردهای مناسب جهت تعیین لرزه خیزی مناطقی که با کمبود اطلاعات و داده‌ها مواجه هستند، ارزیابی احتمالاتی می‌باشد. در این روش با استفاده از رویکرد احتمالاتی اقدام به بررسی خطر احتمالی زمین لرزه می‌گردد. معیار خطر پذیری مناطق مختلف در این مطالعه به صورت بیشینه شتاب طیفی نظیر سطوح مختلف خطر ارائه شده در آئین نامه‌های معتبر دنیا و ایران بدست می‌آید. همچنین طیف شتاب طرح منطقه نظیر سطوح مختلف طراحی با بکارگیری روابط کاهندگی متنوعی برای منطقه مطالعاتی محاسبه می‌شود.