برای برآورد خطر لرزهای، شناخت مشخصات سطح زمین از اهمیت زیادی برخوردار است. چون در تغییر انرژی و امواج زمینلرزه اثر مستقیم دارند. بنابراین، اثر توپوگرافی و زمینشناسی، مهمترین اثرات ساختگاهی بر جنبش نیرومند زمین هستند. در این مقاله در مورد توپوگرافی و نقش آن بر روی امواج زمینلرزه بحث خواهد شد.
نقش توپوگرافی در زمینلرزههای بزرگ و در مناطقی که از نظر پستی و بلندی متنوع باشد، پدیدار خواهد شد. بررسی زمینلرزههای گذشته نشان میدهد که زمین ناهموار باعث باعث پیچیدگی امواج لرزهای میشود. ارتفاعات معمولاً باعث افزایش دامنه، و درهها باعث کاهش دامنهی امواج میگردند. سازههای واقع بر روی ارتفاعات، نسبت به آنهایی که در پایهی کوه قرار گرفتهاند، در اثر زمینلرزههای مخرب آسیب بیشتری میبینند.
یک زمینلرزهی بزرگ در مهندسی زلزله دارای محدودهی فرکانسی بین حدود 1/0 تا 20 هرتز میباشد و از طرفی چون سرعت موجهای لرزهای در سطح زمین بین محدودهی بین 1/0 تا 3 کیلومتر بر ثانیه است، میتوان مشاهده نمود که طول موجها، مورد کاربرد در مهندسی از دهها متر تا چندین کیلومتر در نوسان است. بنابراین تطبیق این طول موجها با ناهمواریها (Topography) تاثیر قابل ملاحظهای در پاسخ زمینلرزه خواهد گذاشت. یک ساختگاه سنگ سخت در کوه نسبت به یک ساختگاه آبرفتی در دره نمیتواند ضریب خطرپذیری زمینلرزه را بهبود بخشد، بلکه ممکن است آن را افزایش دهد. پس برای یک تحلیل خاص از خطرپذیری باید وسعت منطقه، شکل توپوگرافی و طول موجهای زمینلرزه به طور کامل مشخص باشند. تجربههای گذشته نشان دادهاند که نامنظمیهای توپوگرافی (قلههای کوهها) تقویت و تغییرات زیادی را در جنبش نیرومند زمین نسبت به پایهی آنها در طول زمینلرزه ایجاد کردهاند. این تقویت حتی از تقویتهای عادی که توسط لایههای غیرتحکیم یافته سطحی ایجاد میشوند نیز بزرگتر بودهاند. به نظر میرسد که این اثرها توسط پدیدههای کانونی شدن (Focusing) و پراکنش انرژی (Scattering) موجهای لرزهای ایجاد میشوند. چنین اختلافهای بزرگ در جنبش یک ناحیه نسبت به دیگری میتواند در پاسخ تاسیسات مهم مانند سدها، پلها و ساختمانها تغییراتی را ایجاد کند.
اثرهای توپوگرافی بر ویژگیهای محلی به صورت یک مسئلهی دوبعدی مورد بررسی قرار گرفتهاند و روشهای عددی و تحلیلی بر اساس فرضیهی مذکور بنا شدهاند. اولین و سادهترین مسئله که به طور گسترده تحلیل شده است، پراکنش ارتجاعی دوبعدی موجهای SH است که توسط محققان متعددی انجام گرفته است. این روشها، پاسخ یک تودهی سخت دوبعدی در سطح یک نیم فضای همگن را در برابر تابش موجهای صفحهای در نظر میگیرند. پیشرفت روشهای تحلیلی در مورد مسائل انتشار موج درون صفحهای، مورد کاملاً تازهای است. بوچن (1973) اولین پژوهشگری بود که اثر موجهای درون صفحهای را بر برآمدگیها و درهها با نیم فضای ارتجاعی همگن و همسانگرد تحلیل کرد. روش تحلیل او بر اساس تعدادی شکل نامنظم بود. مطالعات وی نشان داده است که توپوگرافی به طور محلی باعث تقویت شدید و یا تضعیف جنبشهای سطحی میشود. بعد از پیشرفت اجزای محدود، مشخص گردید که این روش امکان توصیف جزئیات توپوگرافی محلی، لایهبندی و اندازهگیری دقیق خواص غیرخطی و پراکندگی مواد محیط پیوسته را دارد. تا چند سال اخیر سختترین محدودیت این روش به دلیل ابعاد محدود مدل محاسبهای بوده است؛ زیرا بازتابهای مصنوعی، از مرزهای شبکه منفصل ناشی میشود. از اینرو، فاصلهی زمانی مورد اعتبار کاهش مییابد. گسترش موثر مرزهای عبوری اکنون این محدودیت را خنثی کرده است. به همین دلیل، در حال حاضر تحلیل تاریخچهای انتشار موجهای درون صفحهای و برون صفحهای امکانپذیر شده است. به طور کلی، توپوگرافی میتواند اثرهای مهمی بر روی سرشت یک سیگنال لرزهای داشته باشد. شواهد تجربی نشان میدهند که موجهای لرزهای به نسبت ارتفاعات تقویت و به نسبت عمق درهها تضعیف میشوند (نسبت به همان موجهایی که در یک منطقهی تخت تابیده میشوند). مشاهدات صحرایی بعد از زمینلرزههای نیرومند، مناطقی را که در آنها تمرکز خسارات زیاد است، مشخص کرده است. این پدیده ناشی از چند عامل از جمله: ضعف کیفیت ساختمان، زمینشناسی محل و اثر توپوگرافی میباشد.
مطالعات زیادی برای بررسی اثر توپوگرافی انجام شده است که مهمترین این مطالعات در شهر تایپه (تایوان) انجام گرفت. شهر تایپه با وسعت حدود 400 کیلومتر مربع بر روی رسوبات با عمق زیاد بنا شده است. این شهر با توجه به شرایط لرزه زمینساختی، جمعیت زیاد و ساختمانهای بلند (در حال حاضر بلندترین ساختمان با 101 طبقه در شهر تایپه میباشد)، از مناطق بسیار آسیبپذیر محسوب میشود و نیاز است برای شناخت و جلوگیری از خسارات ناشی از زمینلرزههای احتمالی، مطالعات در همهی زمینهها در این شهر انجام شود. در این راستا، جهت بررسی اثر توپوگرافی بر روی امواج زمینلرزه مطالعاتی توسط شیانگ لونگ و همکاران (2009) در نزدیکی شهر تایپه (شکل 1) انجام شد. هدف این مطالعات، مقایسهی بین اثر بستر رسوبی و رشته کوه شمال تایوان بوده است. رشته کوههای چونگآنگ، شامل توپوگرافی متنوع و شامل سنگهای آتشفشانی است. این رشته کوه از جنوب شرق شهر تایپه به طول 340 کیلومتر به طرف جنوب کشیده شده است و بلندترین نقطه آن 3000 متر است.
برای انجام این مطالعات، از مواد منفجره در محل رویداد زمینلرزه ششم مارس 2005 آیلن (MI5.9) در شصت کیلومتری شهر تایپه در شرق رشته کوه چونگآنگ استفاده شد (شکل 2). این آزمایش به گونهای انجام شد که از اثرات بر روی چشمه زمینلرزه جلوگیری شود و شرایط فرورانش که چشمه اصلی تهدید برای شهر تایپه است را پوشش دهد. این مطالعات نشان داد توپوگرافی میتواند بر روی بیشینه سرعت اثر قابل توجهی بگذارد و در مقیاس وسیع، در مناطق نزدیک، اثر بیشتری بر روی چگونگی الگوی انتشار امواج دارد. این مطالعات همچنین نشان داد، تغییرات عمق زمینلرزه فرضی اثرات متفاوتی بر روی امواج زمینلرزه خواهد داشت.
رویداد زمینلرزههای کم عمق در منطقهی آیلن، توپوگرافی موجود در منطقه امواج سطحی را پراکنده و حرکات قوی را در شهKر تایپه کاهش میدهد. اگر عمق زمینلرزه زیاد باشد، توپوگرافی باعث پراکندگی امواج حجمی میشود و در نتیجه باعث تشدید امواج سطحی در شهر تایپه خواهد شد. این امواج در این شرایط با گذشت از بستر رسوبی و کوههای مورد نظر، امواج پیچیدهای را باعث میشوند که در نتیجه باعث تشدید امواج تا بیش از 50 درصد میشوند.
در این مطالعات همچنین اثرات توپوگرافی را در شرایط مختلف عملکرد چشمهی زمینلرزه مطالعه و بررسی کردند که نشان داد توپوگرافی بسته به شرایط، اثرات متفاوتی دارد و این مسئله بسته به جهت، عمق و محل میتواند تغییر کند. در نتیجه نیاز است در ارزیابی خطر لرزهای، توپوگرافی نیز در نظر گرفته شود.
جهت دریافت لینک دانلود در ایمیل خود از باکس زیر اقدام کنید
ایمیل خود را برای دریافت رایگان فایل وارد کنید. لینک دانلود به ایمیل شما فرستاده می شود.