تحلیل خطر زلزله و تهیه طیف خطر یکسان برای مناطق مختلف شهر بیرجند
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته عمران و نقشه برداری (آموزش_و_پژوهش)
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1
فصل اول: کلیات و مفاهیم
1-1. مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 3
1-2. مفهوم خطر و خطر پذیری ( ریسک ) …………………………………………………………………………………………………. 4
1-3. مفهوم زلزله ها …………………………………………………………………………………………………………………………… 4
1-4. امواج زلزله ………………………………………………………………………………………………………………………………… 5
1-5. انواع امواج زلزله…………………………………………………………………………………………………………………………… 5
1-5-1. امواج درونی یا پیکری (حجمی) …………………………………………………………………………………………………….. 5
1-5-1-1. امواج فشاری یا طولی ( P ) ……………………………………………………………………………………………………… 5
1-5-1-2. امواج برشی ( S ) ………………………………………………………………………………………………………………….. 6
1-5-2. امواج درونی یا پیکری……………………………………………………………………………………………………………….... 6
1-5-2-1. موج لاو ( love )…………………………………………………………………………………………………………………… 7
1-5-2-2. موج رایلی ( LR )…………………………………………………………………………………………………………………… 7
1-6.مناطق زلزله خیز کره زمین………………………………………………………………………………………………………………. 8
1-6-1. کمربند چین خورده آلپ – هیمالیا………………………………………………………………………………………………….. 8
1-6-2. کمربند اطراف اقیانوس آرام ………………………………………………………………………………………………………….. 8
1-6-3. کمربند میانی اقیانوس اطلس………………………………………………………………………………………………………… 9
1-7. گسل و تعاریف مربوط به آن……………………………………………………………………………………………………………… 9
1-7-1.تعریف گسل ……………………………………………………………………………………………………………………………. 9
1-7-2. مشخصات گسل……………………………………………………………………………………………………………………….. 9
1-7-2-1. راستای گسل……………………………………………………………………………………………………………………….. 10
1-7-2-2. شیب گسل …………………………………………………………………………………………………………………………. 10
1-7-3. انواع گسل ……………………………………………………………………………………………………………………………… 10
1-7-3-1. گسل های امتداد لغز ……………………………………………………………………………………………………………… 11
1-7-3-2. گسل های شیب لغز ………………………………………………………………………………………………………………. 11
1-8. بزرگی زلزله …………………………………………………………………………………………………………………..…………… 12
1-9. رابطه بزرگا و طول گسل…………………………………………………………………………………………………………………. 13
1-10. طرح مقاوم در برابر زمین لرزه…………………………………………………………………………………………………………. 16
1-11. زلزله های سطوح مختلف طراحی متداول…………………………………………………………………………………………….. 17
1-11-1. زلزله مبنای طرح و بزرگترین زلزله احتمالی……………………………………………………………………………………. 17
1-11-2.سطوح خطر زلزله ( Seismic Hazard ) ……………………………………………………………………………………….. 17
1-11-3. روش محاسبه دوره بازگشت با احتساب درصد احتمال وقوع……………………………………………………………………. 18
1-12- سطوح عملکردPerformance) ……………………………………………………………………………………………………( 19
1-13. موقعیت جغرافیایی منطقه …………………………………………………………………………………………………………….. 21
1-14. مطالعات قبلی……………………………………………………………………………………………………………………………. 24
1-15. روند اجرای مطالعات …………………………………………………………………………………………………………………… 24
فصل دوم: لرزه زمین ساخت و لرزه خیزی گستره طرح و برآورد پارامترهای لرزه خیزی گستره بیرجند
2-1. مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………. 28
2-2. لرزه زمین ساخت ایران…………………………………………………………………………………………………………………... 29
2-2-1. موقعیت زمین شناسی منطقه در کمربند آلپی…………………………………………………...................................... 29
2-2-2. جایگاه پهنه شرق ایران و موقعیت منطقه در تقسیم بندی زمین شناسی ایران…………………………………………………. 31
2-3. تکامل تکتونیکی و الگوهای دگر شکلی ارائه شده در شرق ایران…………………………………………………………………… 35
2-4. ویژگی های زمین شناسی و ساختاری ایالت ساختاری سیستان…………………………………………………………………… 41
2-4-1. ویژگی های سنگ شناسی و چینه شناسی…………………………………………………………………………………………. 41
2-4-2. روندهای ساختاری ایالت سیستان………………………………………………………………………………………………….. 42
2-4-2-1. روند چین ها………………………………………………………………………………………………………………………. 42
2-4-2-2. روند شکستگی ها…………………………………………………………………………………………………………………… 42
2-4-3. روندهای گسلش ایالت سیستان…………………………………………………………………………………………………….. 45
2-5. تقسیم بندی کلی گسل ها ……………………………………………………………………………………………………………… 49
2-5-1. گسل زمین لرزه ای…………………………………………………………………………………………………………………… 49
2-5-2. گسل لرزه زا ………………………………………………………………………………………………………………………….. 50
2-5-3. گسل کواترنر …………………………………………………………………………………………………………………………… 50
2-6- تابع بیشینه بزرگای زمین لرزه و طول گسیختگی گسل ………………………………………………….………………………… 50
2-7. رابطه بزرگای MS و mb ……………………………………………………………………………………........................... 51
2-8. رابطه بزرگای MS و ML ………………………………………………………………………………………………................ 52
2-9. برآورد بیشینه بزرگای منتسب به گسل های موجود در گستره طرح …………………………………….………………………… 52
2-10. گسل های بنیادی گستره طرح……………………………………………………………………………………………………….. 53
2-11. شناسایی گسل های فعال و لرزه زا……………………………………………………………………………………………………. 56
2-12.تکتونیک فعال شرق ایران……………………………………………………………………………………………………………….. 56
2-13.گسل های مهم منطقه…………………………………………………………………………………………………………………… 58
2-13-1.گسله الهیار(Allahyar fault)……………………........………………….……………………………………………………….. 58
2-13-2.گسله برک(Barak fault)…………………..…………………………………………………………………………………. 59
2-13-3.گسله چاه آمینا(Chah Amina fault)…………………………...………………….…………………………………………… 59
-13-4.گسله چاه زرین(Chah Zarrin fault)………………….………………………………………………………………………….. 59
2-13-5.گسله خطیبی(Khatibi fault)……………...........………………………………………………………………………………… 60
2-13-6.گسله سنوک(Sanouk fault)…………………...………………………………………………………………………………… 61
2-13-7.گسله سورک(Surk fault)…………………………………………………………………………………………………………. 61
2-13-8.گسله سورند(Surand fault)………………….....………………………………………………………………………………… 61
2-13-9.گسله شوشود(Shushd fault)…………….………………………………………………………………………………………. 62
2-13-10.گسله کوه بازو(Kuh-e Bazu fault)…………….…………………………………………………………………………… 62
2-13-11.گسله کوه چشمه ضربی(Kuh-e Ch Zarbi fault)…………….……………………………………………………………… 63
2-13-12.گسله کوه زر(Kuh-e Zar fault)……………...…………….………………………………………………………………….. 64
2-13-13.گسله کوه مادرمیشان(Kuh-e Madar Mishan fault)…………………..………………………………………………. 64
2-13-14.گسله کوهارود(Kuharud fault)……………….....…………………………………………………………………………….. 64
2-13-15.گسله گزی داری(Gazidrai fault)………………....…………………………………………………………………………… 65
2-13-16.گسله گزیک(Gazik fault)……………....………………………………………………………………………………………. 65
2-13-17.گسله گو منج(Gomenj fault)………....………………………………………………………………………………………. 66
2-13-18.گسله حدسی مختاران(Mokhtaran inferred fault)…………...……………………………………………………….. 67
2-13-19.گسله مراک(Marak fault)………...…………………………………………………………………………………………… 67
2-13-20.گسله مرغ تیغ(Morghtigh fault)…………….…………………………………………………………………………….. 67
2-13-21.گسله موریسک(Murisk fault)……………..…………………………………………………………………………………. 68
2-13-22.گسل نوقاب(Noghab fault)…………….……………………………………………………………………………………. 68
2-13-23.گسله یزدان(Yazdan fault)…………...………………………………………………………………………………………. 69
2-13-24.گسل گُل(goll)……...…………………………………………………………………………………………………………….. 69
2-13-25.گسل آساگی(Asagi fault)…………...…………………………………………………………………………………………. 70
2-13-26.گسل آهنگران(Ahangaran fault)…………………………………………………………………………………………… 71
2-13-27.گسله استین(Estin fault)………………………………………………………………………………………………………. 71
2-13-28.گسله اسماعیل آباد(Esmaeil Abad fault)……………...………………………………………………………………….. 72
2-13-29.گسله افریز(Afriz faukt)………………………………………………………………………………………………………… 72
2-13-30.سامانه گسلی بندان(Bandan fault system)……………...………………………………………………………………. 73
2-13-31.گسله بیرجند(Birjand fault)………………………………………………………………………………………………….. 74
2-13-32.گسله پل سیاه(Pol-e Siah fault)………...…………………………………………………..……………………………… 74
2-13-33.گسله جبار(Jabbar fault)……………..……………………………………………………………………………………….. 75
2-13-34.گسله حدسی زیدان(Zeydan inferred fault)……………………………………………………………………………… 75
2-13-35.گسله سنبل(Sonbol fault)…………....………………………………………………………………………………………. 76
2-13-36.گسله حدسی سهل آباد(Sahl Abad inferred fault)…………………………………………………………………….. 77
2-13-37.گسله شاهرخت(Shahrakht fault)……………...……………..……………………………………………………………… 77
2-13-38.گسله باغستان(Baghestan fault)………………….………………………………………………………………………… 77
2-13-39.گسله کوچ(Kouch fault)……………….………………………………………………………………………………………. 78
2-13-40.گسله حدسی چاه کریم آباد(Chah-e Karim Abad inferred fault)…………………………………………………. 78
2-13-41.ابراهیم آباد(Ebrahim Abad fault)…………………...……………………………………………………………………… 79
2-13-42.گسله گیو(Giv fault)……………...…………………………………………………………………………………………….. 79
2-13-43.گسل آبگرم(Ab-e Garm fault)……………………...……………………………………………………………………….. 80
2-13-44.گسله آبيز(Abiz fault)…………………...………………………………………………………………………………………. 80
2-13-45.گسل جنگل ……………………………………………………………………………………………..………(jangal fault) 82
2-13-46.گسله خواف …………………………………………………………………………………………..………….(khaf fault) 82
2-13-47.گسله دشت بياض (Dasht-e Bayaz fault)…………….…………………………………………………………………… 83
2-13-48.گسله دوغ آباد( Dough Abad fault)………………………………………………………………………………………… 84
2-13-49.گسله فردوس (Ferdows fault)…………….…………………………………………………………………………………. 85
2-13-50.گسله كاشمر (Kashmar fault)………………...……………….……………………………………………………………… 86
2-13-51.گسله محمدآباد(Mohammad Abad fault) …………….……………………………………………………………….. 87
2-13-53.گسله نوزاد ( Nowzad fault)………………………………………………………………………………………………….. 87
2-13-54.گسل دوست آباد(Doost abad fault) …………...………………………………………………………………………….. 88
2-14.معرفی زمین لرزه های قبل از سده بیستم و گسلش مسبب آنها در گستره خراسان جنوبی……………………………………… 89
2-14-1. زمین لرزه 141ه.ش(736 م)………...…………………………………………………………………………………………….. 90
2-14-2. زمین لرزه 458ه.ق(1066م)قهستان……………....………………………………………………………………………………. 90
…………………………………………………………………………………… 2-14-3-زمین لرزه 20 دی 871 ه. ش نوزاد(1493م) 91
2-14-4. زمین لرزه26 بهمن927 ه.ش بیرجند(1549م)…………...……………………………………………………………………. 92
2-15. معرفی زمین لرزه های سده بیستم و گسلش مسبب آنها در گستره خراسان جنوبی……………………………………………. 92
2-15-1. زمین لرزه درخش(22 مارس 1903 م)…………………………………………………………………………………………… 93
2-15-2. زمین لرزه سربیشه(1936 م)………………………………………………………………………………………………………. 93
-15-3. زمین لرزه 26 بهمن 1319ه.ش محمد آباد(1941م)…………........……………………………………………………………… 93
22-15-4.زمین لرزه26 فروردین1324 ه.ش گیو(دهم فوریه1946م)………….....……………………………………………………… 95
2-15-5. زمین لرزه 1 مهر 1326 ه.ش دوست آباد(1947م)…………….………………………………………………………………. 95
2-15-6. زمین لرزه 1341 ه. ش موسویه(اول آوریل1962 م)……………….………………………………………………………….. 96
2-15-7. زمین لرزه دهم شهریور 1347 ه.ش (1 سپتامیر 1968م)فردوس…………………………………………………………….. 97
2-15-8. زمین لرزه نهم شهریور 1347 دشت بیاض (31 آگوست 1968)…………….………………………………………………… 98
2-15-9.زمین لرزه 25 شهریور 1357 ه.ش طبس(16 سپیتامبر1978)………………………………………………………………… 102
2-15-10. زمین لرزه 6 آذر ماه 1358 کولی- بنیادباد(27 نوامبر 1979)………………………………………………………………. 104
2-15-11. زمین لرزه 24 نوامبر 1987 باقران………………………………………………………………………………………………. 104
2-15-12. زمین لرزه های 20 ژوئن 1997 و 10آوریل 1998 پورنگ……………...……………………………………………………. 104
2-15-13- زمین لرزه چهارم اسفندماه1372(23فوریه1994)سفیدابه………………………………………………………………….. 105
2-15-14. زمین لرزه 10 می1997 اردکول(20 اردیبهشت 1376)…………….……………………………………………………….. 107
2-16. برآورد پارامترهای لرزه خیزی در گستره مورد مطالعه…………………………………………………………………………….. 109
2-16-1- حذف پیش لرزه ها و پس لرزه ها از فهرست زمین لرزه ها …………..……….……………………………………………… 109
2-16-1-1. حذف پیش لرزه ها و پس لرزه ها به روش دستی………….……………………………………………………………….. 109
2-16-1-2. حذف پیش لرزه ها و پس لرزه ها به روش پنجره های زمانی و مکانی…………………………………………………….. 110
2-17. تعیین فرمول لرزه خیزی گستره بیرجند……………………………………………………………………………………………… 110
2-17-1. مقایسه فراوانی- بزرگی زمین لرزه ها……………………………………………………………………………………………… 113
2-17-2. مقایسه فراوانی – زمان زمین لرزه ها………………………………………………………………………………………………. 114
2-18.مقایسه بین توان لرزه خیزی شمال،مرکز و جنوب استان خراسان جنوبی…………………………………………………………. 115
2-18-1.تخمین درصد احتمال وقوقع بوسیله تعیین دوره بازگشت زلزله ها……………………………………………………………… 116
2-19. برآورد دوره بازگشت زمین لرزه به روش گوتنبرگ- ریشتر………....………………………………………………………………. 116
2-20. رابطه میان بزرگی و شدت زمین لرزه ها…………...………………………………………………………………………………… 117
2-20-1. کاهش شدت زمین لرزه……………………………………………………………………………………………………………. 118
2-21. برآورد دوره ی بازگشت زمین لرزه به روش برازش مقادیر نهایی …………..…………………………………………………….. 119
2-21-1. تابع تجمعی احتمالی نوع I ……………………………………………………………………………………………………….. 120
2-21-2. تابع تجمعی احتمالی نوع III ……………………………………………………………………………………………………. 122
2-21-3. تابع تجمعی احتمالی نوع S ………………………………………………………………………………………………………. 124
2-21-4. برآورد پارامترهای لرزه خیزی بر اساس روش کیکو و سلوول……….………………………………………………………… 126
2-22 . برآورد دوره بازگشت زمین لرزه براساس روش تخمین بیشینه محتمل(روش کیکو)………………………………………….. 129
2-23 . برآورد دوره بازگشت زمین لرزه های منطقه ………………………………………………………………………………………. 130
2-23-1. برآورد دوره بازگشت زمینلرزه به روش کیکو…………………………………………………………………………………….. 132
فصل سوم: روابط کاهندگی و پارامترهای جنبش نیرومند زمین
3-1. مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 134
3-2.برآورد پارامترهای جنبشی نیرومند زمین ………………………………………………………………………………………………. 134
3-3. پارامترهای موثر در کاهندگی……………………………………………………………………………………………………………. 136
3-4. گسترش هندسی و جذب ………………………………………………………………………………………………………………… 136
3-5. انواع روابط کاهندگی………….....………………………………………………………………………………………………………… 137
3-5-1. روابط کاهندگی تجربی ………….....…………………………………………………………………………………………………. 137
3-6. انتخاب رابطه کاهندگی ………...……………………………………………………………………………………………………….. 139
3-6-1. رابطه کاهندگی Ghodrati et al (2007) ……………………………………………………………………………………… 141
3-6-2. رابطه کاهندگی Campbell (1997) ………..………………………………………………………………………………….. 143
3-7. روابط کاهندگی بیشینه شتاب زمین………….………………………………………………………………………………………… 144
3-8. روابط کاهندگی بیشینه سرعت زمین ……….…………………………………………………………………………………………. 144
3-9. روابط کاهندگی بیشینه جابجایی زمین ………………………………………………………………………………………………… 144
3-10. ملاحظات نهایی ………….…………………………………………………………………………………………………………….. 145
فصل چهارم: تحلیل خطر زلزله به روش قطعی برای شهر بیرجند
4-1. مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 147
4-2. روش قطعی در ارزیابی خطر زمین لرزه در شهر بیرجند ………….…………………………………………………………………. 149
4-3. هندسه چشمه های زمین لرزه ای ………………...…………………………………………………………………………………… 149
4-3-1. مدل های چشمه های لرزه ای و پیشنهاداتی برای مدلسازی ………………………………………………………………….. 150
4-4. برآورد توان لرزه زایی گسل های بنیادی در گستره بیرجند …………...……………………………………………………………. 152
4-5. تعیین منا سب ترین رابطه کاهندگی برای برآوردبیشینه پارامترهای حرکتی زمین……………………………………………….. 157
4-5-1. برآورد بیشینه مقادیر شتاب افقی قابل انتظار جنبشی زمین ……………………………………………………………………… 157
4-5-2. روابط کاهندگی……………………………………………………………………………………………………………………….. 157
4-5-2-1. رابطه کاهندگی قدرتی و همکاران …….…………………………………………….…………. Ghodrati et al (2007) 157
4-5-2-2. رابطه کاهندگی امبرسیز و سیمپسون Ambrasys& Simpson(1996) ………………………………………..……… 158
4-5-2-3. رابطه کاهندگیSarma&srbulov (1998) …………………………………………………………………………………. 158
4-5-2-4. رابطه کاهندگی زارع :Zare ( 1999 ) ……………...………………………………………………………………………… 159
4-6. برآورد خطرزمین لرزه………...………………………………………………………………………………………………………….. 161
فصل پنجم: تحلیل احتمال اندیشانه خطر زلزله برای شهر بیرجند
5-1. مقدمه………….…………………………………………………………………………………………………………………………. 163
5-2. نوع خاک ساختگاه ……………………………………………………………………………………………………………………… 164
5-3. عدم قطعیت پارامترهای زمین لرزه…………………………………………………………………………………………………….. 165
5-3-1. عدم قطعیت بزرگای زمین لرزه ها ……………………....………………………………………………………………………….. 166
5-3-2. عدم قطعیت مرکز سطحی زمین لرزه ها……………………………………………………………………………………………. 167
5-3-3. عدم قطعیت عمق کا نونی زمین لرزه ها ……………...……………………………………………………………………………. 167
5-4. مراحل تحلیل احتمال اندیشانه خطر زلزله……………………………………………………………………………………………… 168
5-5. تهیه منحنی خطر زلزله…………………………………………………………………………………………………………………… 170
5-6. مطالعه موردی تحلیل احتمالی خطر زلزله در منطقه بیرجند ……………...……………..…………………………………………… 172
5-6-1. نقشه های خطر زلزله ای……………..……………………………………………………………………………………………….. 173
5-7. نقشه های خطر لرزه ای…………………………………………………………………………………………………………………… 173
5-8. زلزله های طراحی گستره ساختگاه…………....…………………………………………………………………………………………. 178
فصل ششم: تعیین شتاب طیفی و طیف خطر یکسان برای شهر بیرجند
6-1. مقدمه……………..………………………………………………………………………………………………………………………… 180
6-2. طیفهای طرح بر اساس زلزله مبنای طرح و بزرگترین زلزله احتمالی ……………………………………………………………….. 180
6-2-1. طیف طراحی زمین لرزه ای…………………………………………………………………………………………………………… 181
6-2-2. طیف طراح استاندارد………………...………………………………………………………………………………………………… 181
6-2-3. طیف طرح ویژه ساختگاه …………………………………………………………………………………………………………….. 181
6-2-4. نقشه های شتاب طیفی ………………………………………………………………………………………………………………. 182
6-2-4-1. رابطه کاهندگی طیفی Ghodrati et al ( 2010 ) ……………...………………………………………………………… 182
6-2-4-3. رابطه کاهندگی طیفی Campbell (1997) …………....……………………………………………………………………. 183
6- 3.طیف خطر یکسان ( Uniform Hazard Spectrom )……………...…………………………………………………………… 195
فصل هفتم: نتیجه گیری و ارائه ی پیشنهاد
7-1. مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………… 198
7-2. نتیجه گیری……….…………….………………………………………………………………………………………………………… 199
7-3. ارائه پیشنهاد برای تحقیقات آتی…………….…………………………………………………………………………………………. 200
منابع و مآخذ………………………………………………………………………………………………………………………………… 201
پیوست
چکیده
شهر بیرجند به عنوان مرکز استان خراسان جنوبی، در زون ساختاری سیستان واقع شده است که به علت نزدیکی به گسلهای لرزه زا و بنیادی (گسلهای نه خاوری و باختری در جنوب، گسل اردکول در شمال شرق، گسل نوزاد در شرق و گسل دشت بیاض در شمال) که با زمین لرزه های بزرگ و مخرب در سده اخیر همراه بوده اند از حساسیت خاصی برخوردار است .بررسی زمین لرزه های رویداده در گستره طرح ، نشان دهنده سطح بالای لرزه خیزی می باشد و در دوره های تاریخی و پس از سال 1900 تاکنون زمین لرزه هایی با بزرگای پیرامون 6 و حتی بیشتر امری عادی جلوه می کند . لذا مطالعه حاضر تحت عنوان تحلیل خطر زلزله و تهیه طیف خطر یکنواخت برای شهر بیرجند انجام شده ، که در آن بیشینۀ شتاب روی سنگ بستر ( PGA ) و همچنین طیف خطر یکنواخت با دو سطح خطر برای شهر بیرجند تهیه گردیده است . مجموعه ای از منابع لرزه زا و داده های لرزه خیزی تاریخی و دستگاهی با پوشش زمانی از قرن هشتم میلادی تا به امروز تا شعاع 200کیلومتری بکار گرفته شده است . برای برآورد پارامترهای لرزه خیزی از روش گوتنبرگ – ریشتر و همچنین روش برازش مقادیر نهایی استفاده شده است ولی با توجه به کمبود داده های مناسب لرزه خیزی و دقت کم اطلاعات موجود و نیز عدم قطعیت در بزرگا در زمان های مختلف ، از روش Kijko [2000] استفاده شده است . جهت تعیین بیشینۀ شتاب روی سنگ بستر( PGA )از پنج رابطه کاهندگی Akkar & Bommer (2010) , Ambraseys et al (1996) , Campbell & Bozorgnia (2000) , Ghodrati et al (2007) , Campbell & Bozorgnia (2008) استفاده شده است. این پنج رابطه با استفاده از روش درخت منطقی و با وزن های به ترتیب 20/0و30/0و15/0و20/0و15/0 و با استفاده از λ و β بدست آمده از روش کیکو با همدیگر ترکیب و نتیجه نهایی حاصل شد .
همچنین روابط کاهندگی طیفی ,Campbell & Bozorgnia (1997),Akkar & Bommer (2007) Berge-Thierry(2004),Ghodrati et al (2010) بدلیل طیفی بودن و تناسب بیشتر با شرایط منطقه با استفاده از روش درخت منطقی و با وزن های به ترتیب20/0و30/0و35/0و15/0جهت تعیین طیف های شتاب استفاده شده است . تحلیل احتمالاتی خطر زلزله بیرجند با استفاده از برنامه SEISRISK IIIانجام شده است . نتایج این تحلیل توسط نقشه های شتاب طیفی با 2% و 10% احتمال رویداد در 50 سال برای شهر بیرجند ، ارائه شده است . همچنین در پایان طیف خطر یکنواخت و نیز طیف با شکل ثابت با 2% و 10% احتمال رویداد در 50 سال برای شهر بیرجند ارائه شده است .
واژه های کلیدی :
طیف خطر یکسان ، تحلیل خطر لرزه ای ، بیشینه شتاب حرکت افقی زمین ( PGA) ، طیف با شکل ثابت ، روابط کاهندگی ، شهر بیرجند.
فصل اول
کلیات و مفاهیم پایه
مقدمه
با وجود تکاپوی وسیعی که به وسیله دانشمندان در سراسر جهان به جهت تعیین خطرات زلزله انجام شده است امکان پیش بینی دقیق زمان ، مکان و بزرگای زلزله های آینده و تکان های حاصل از آن در سطح زمین میسر نگشته است و رسیدن به نتیجه ای دقیق در آینده نزدیک نیز پیش بینی نمی شود . مهمترین علت این موضوع وجود پیچیدگی های فراوان در مکانیزم زلزله و شرایط حاکم به وجود آورندۀ آن و نیز عبور موج ها از لایه های مختلف زمین با خصوصیات کاملا متفاوت می باشد .
البته بیان مفهوم فوق به این معنی نیست که پیش بینی خطرات زلزله در حد قابل قبول و ایمن سازی سازه ها در مقابل آن ممکن نیست . تجربه و یافته های علمی به خوبی نشان داده است که بر اساس اطلاعات قابل دسترس و با استفاده از روش های آماری و احتمالی می توان ایمنی سازه ها را در مقابل زلزله ها تا حد مطلوب برآورد نمود .
در امکان یابی ، تحلیل ، ساخت و نگهداری سازه ها در برابر زلزله ، دو عامل اساسی ایمنی ساختگاه مورد بررسی قرار می گیرد . ایمنی ساختگاه بستگی به مخاطرات ژئوتکنیکی و زمین شناسی قابل رخداد در ساختگاه دارد ، از قبیل زمین لغزش ، روانگرایی و تشدید حرکات زمین به علت اثر شرایط ساختگاهی ، رویداد زمین لرزه های گذشته نشانگر این مطلب هستند که تاثیر شرایط ساختگاهی نقش بسیار اساسی و مهم در میزان و نوع تخریب سازه ها به عهده دارد .
اثرات نامطلوب زمین لرزه ها که سبب خرابی سازه ها و تاسیسات می گردد مربوط به دو پدیده زیر است :
تکان های زمین در اثر عبور امواج لرزه ای
جابجایی برشی ناشی از جنبش برشی گسل ها
عبور امواج لرزه ای سبب ایجاد ارتعاش شده که می تواند بصورت مستقیم سبب تخریب سازه ها شود ، ویا در اثر پدیده هایی مثل فرو نشست ، روانگرایی و لغزش پی ، سازه تخریب گردد . شدت تکان های لرزه ای بستگی به بزرگای زمین لرزه ، فاصله کانونی ، خصوصیات میرایی ساختگاه ، نوع و ضخامت نهشته های رسوبی و شرایط توپوگرافی دارد .
هدف از برآورد خطر زلزله ، ارزیابی منطقی پارامترهای جنبش زمین ( بیشینه شتاب ، بیشینه سرعت ، بیشینه جابجایی و غیره ) در ساختگاه مورد نظر ، بر اثر رویداد زمین لرزه در چشمه های لرزه ای بالقوه در مدت زمان معینی ، که معمولا عمر مفید سازه است ، می باشد .
در واقع تحلیل خطر زلزله ، محاسبه احتمال رویداد تراز های معین لرزش زمین در واحد زمان ، به سبب وقوع زمین لرزه می باشد . این تحلیل اغلب توسط یک منحنی خطر زلزله ، که نشانگر احتمال تجاوز سالانه در قبال دامنه نوسان تکان زمین می باشد ، خلاصه می گردد . در واقع تحلیل خطر زلزله مبنای ورود به فرآیند تصمیم گیری جهت کاهش خسارات زمین لرزه می باشد .
هدف نهایی درتحلیل خطر و مهندسی زلزله تعیین میزان شدت لرزه است که منجر به کمی سازی اثر زلزله برسازه ها می شود که این فرآیند در طیف پاسخ نمود می یابد .
مفهوم خطر و خطر پذیری ( ریسک ) :
خطر زمین لرزه ای ( Seismic Hazard ) توسط بسیاری از مهندسین و طراحان مترادف با خطر پذیری زمین لرزه ای ( Seismic Risk ) بیان می شود . این جابجایی ، خطر زیادی را به همراه دارد ، زیرا به هنگام تحلیل ، این دو کمیت معانی مختلفی دارند . )ترکاشوند ا. 1388(
منظور از خطر زمین لرزه ای ، وقوع محتمل یک جنبش شدید توسط یک رویداد لرزه ای درآینده می باشد . در حالیکه خطر پذیری زمین لرزه ای ، پیامدهای محتمل آن جنبش شدید است . پیامد هایی مانند زیان های جانی ، مالی ، اقتصادی ، که بر اساس نیاز های طرح برای آنها تابع زیان و خسارت تعریف شود . بنابراین خطر پذیری را می توان با استفاده از خطر زمین لرزه ای و در نظر گرفتن تابع آسیب پذیری ( vulnerability function ) در هر منطقه لرزه خیز بدست آورد . )ترکاشوند ا. 1388(
آسیب پذیری یک سازه یا مجموعه ای از سازه های مشابه ،گویای درجه خسارت و یا زیان وارده بر حسب جنبش شدید زمین می باشد . ( جنبش هایی که ترجیحا توسط برخی از پارامترهای فیزیکی مانند شتاب و شدت بیان می شود ) . زمان وقوع خطر محتمل و خطر پذیری محتمل ، در آینده مشخص نیست و بنابراین تعجبی ندارد که اصل های احتمالاتی پایه تحلیل خطر زمین لرزه ای و خطر پذیری باشد . )ترکاشوند ا. 1388(
مفهوم زلزله ها :
زلزله اساساً ارتعاشات پوسته زمین است که از رها شدن ناگهانی انرژی انباشته شده در پوسته زمین ایجاد می گردد و در صورت شدت زیاد در مراکز انسانی موجب خسارتها و زیان های فراوان می شود بطوری که هر ساله شمار زیادی از مردم نقاط مختلف دنیا را درگیر آثار نامطلوب خود می سازد . عبور امواج لرزه ای سبب ایجاد ارتعاش شده که می تواند بصورت مستقیم سبب تخریب سازه ها شود و یا دراثر پدیده هایی مثل فرو نشست ، روانگرایی و لغزش پی ، سازه تخریب گردد . شدت تکان های لرزه ای بستگی به بزرگای زمین لرزه ، فاصله کانونی ، خصوصیات میرایی ساختگاه ، نوع و ضخامت نهشته های رسوبی و شرایط توپوگرافی دارد . (روبین کی.مک گایر، 2004)
امواج زلزله :
درهرمحیط پیوسته تاثیرانرژی و اغتشاشات محیط سبب بوجود آمدن امواج می شود که از منبع انرژی ( مثلا شکست گسل ) با سرعت معینی منتشر و سبب ارتعاش ذرات محیط می شوند که سرعت انتشار به خواص محیط و سرعت ارتعاش به مقدار انرژی بستگی دارد. (زارع، 1379)
انواع امواج زلزله :
امواج زمین لرزه با توجه به حرکتشان در داخل یا سطح زمین به دو دسته تقسیم می شوند : (زارع، 1379)
: امواج درونی یا پیکری (حجمی) :
آن دسته ای از امواج که در درون زمین حرکت کرده و در تمامی جهات منتشر می شوند و با سرعتی بیش از موج های سطحی حرکت می نمایند وخود به دو گروه امواج برشی و فشاری ( P و S ) تقسیم می شوند . (زارع، 1379)
1-5-1-1 : امواج فشاری یا طولی ( P ) :
این امواج باعث کشش ها و انقباض های متوالی در امتداد حرکت موج می شود . سرعت انتشار این امواج زیادتر از امواج دیگر است و اولین موجی هستند که به ایستگاه لرزه نگار می رسد . امواج تراکمی از همه محیط هایی که توان تحمل فشار را دارند از جمله گازها ، جامدات و مایعات عبور می کنند . ذراتی که تحت تاثیر موج P قرار می گیرند در جهت انتشار موج به جلو یا عقب نوسان می کنند . در صورتی که بخشی از یک فنر را جمع کرده و بطور ناگهانی رها کنیم ، فشردگی تمام طول فنر را طی خواهد کرد تا به انتهای آن برسد . در این مثال فنر در راستای حرکت موج به ارتعاش درآمده است که بسیار شبیه به نحوه انتشار امواج P است . دلیل نامگذاری این امواج به نام امواج اولیه سرعت بالای این امواج می باشد ، چرا که اولین موجی که از زلزله احساس می شود امواج P می باشد . این امواج با وجود سرعت بالای انتقال ، چون بسیار سریعتر از سایر امواج دیگر میرا می شوند . ( یعنی انرژی خود را از دست می دهند ) باعث ایجاد خرابی زیادی در زلزله نمی شوند . (زارع، 1379)
1-5-2-1 : امواج برشی ( S ) :
این امواج باعث می شود که سنگ خم شود و شکل خود را از دست بدهد . این امواج فقط از جامدات می گذرد . تقریبا اثرتخریبی تمام زلزله ها بر اثر امواج برشی است و به این معنی که وقتی لحظه شکستن سنگ فرا برسد سنگ شکاف بر می دارد و نقاط مجاور شکاف بطور جانبی نسبت بهم حرکت می نمایند . در این زمان است که دو نوع موج P و S ایجاد می شوند . موج برشی تنها در محیط هایی که می توانند در برابر تغییر شکل جانبی مقاومت کنند ، مانند محیط های جامد ، منتشر می گردد . این موج در مایعات و گازها نمی توانند منتقل شوند . در صورتی که یک طناب را به دیواری متصل کرده و سر دیگر آن را در دست گرفته و بصورت قائم حرکت دهیم ، در طناب موجی که ایجاد می شود شبیه موج S می باشد . در این امواج ارتعاش ذرات محیط عمود بر جهت حرکت موج می باشد . (زارع، 1379)
شکل ( 1-1 ) : امواج درونی زلزله شامل امواج تراکمی ( P ) و امواج برشی ( S ) (زارع، 1379)
: امواج درونی یا پیکری :
سرعت امواج سطحی از امواج عرضی کمتر است و شدت آن نسبت به عمق و نسبت به فاصله از مرکز به سرعت کاهش می یابد . این امواج در تحت شرایط خاص و در فصل مشترک دو محیط گازی و جامد ، در اثر ارتعاشات ناشی از زلزله به وجود می آید . بیشترین انرژی ناشی از تکان های کم عمق را دارا بوده و عامل اصلی خرابی های ناشی از زمین لرزه بخصوص در مناطق مسکونی می باشند . این گروه از امواج پس از تداخل موج های داخلی در امتداد حد فاصل ها ، شروع به ارتعاش کرده و عمق نفوذ محدودی دارند ، از این رو همواره در نزدیکی سطح های ناپیوستگی متمرکز می شوند . بدین جهت در محیط های همگن موج های سطحی نخواهیم داشت .این امواج که به نام های موج های محدود شده ویا موج های هدایت شده نیز معروفند خود به گروه های مختلفی چون موج لاو و موج رایلی تفکیک می گردند . (زارع، 1379)
1-5-2-1 : موج لاو ( love ) :
حرکت زمین توسط موج لاو ، تقریبا شبیه موج S است با این تفاوت ذرات ماده به موازات سطح زمین و در جهت عمود بر انتشار موج حرکت کرده و ذرات در صفحه قائم حرکت ندارند . انتشار این امواج مانند تکان هایی است که بر اثر حرکت طناب به سمت چپ یا راست ایجاد می شود . موج های لاو قدری سریعتر از امواج رایلی حرکت کرده و زودتر بر روی لرزه نگاشت ظاهر می شوند . (زارع، 1379)
شکل ( 1-2 ) : موج لاوو نحوه انتشار ذرات ماده در این موج (زارع، 1379)
1-5-2-2 : موج رایلی ( LR ) :
این امواج به نحو خاصی حرکت می کنند . بدین ترتیب که حرکت ذرات در امتداد مدارهای دایره ای (یا بیضوی) صورت می گیرد . درست مانند حرکت امواج در سطح اقیانوس البته جهت حرکت دایره ها بر خلاف حرکت امواج اقیانوس است به عبارتی حرکات ذرات سنگ ، مدار بیضوی پسگرد را در صفحه قائمی به طرف منشا زمین لرزه طی می کنند . حرکت این دو موج بسیار پیچیده و قدرت تخریبی این امواج و موج S بسیار زیادتر از موج P است این امواج توسط ویژگی هایی چون سرعت ، دامنه ، طول موج ، دوره تناوب و فرکانس از یکدیگر تمیز داده می شوند . (زارع، 1379)
بعد ازموج P موج S و سپس موج های L و R می رسند . سرعت امواج P در حدود 73/1 برابر امواج S است .
شکل ( 1- 3 ) : امواج سطحی زلزله و تقسیم بندی آن به موج لاو و رایلی (زارع، 1379)
مناطق زلزله خیز کره زمین :
مهمترین مناطق زلزله خیز دنیا در سه منطقه پراکنده اند :
: کمربند چین خورده آلپ – هیمالیا :
این نوار از کوه های آلپ در اروپا تا اندونزی ادامه دارد و از کشورهای ترکیه ، ایران ، افغانستان ، پاکستان ، شمال هند ، برمه و اندونزی عبور می کند .) آقانباتی ع. 1385(
: کمربند اطراف اقیانوس آرام :
این نوار از سواحل غربی امریکا شروع شده و از ژاپن ، جزایر تایوان و فیلیپین می گذرد سپس به سمت جنوب تا زلاندنو ادامه پیدا می کند عمق کانون زلزله در این منطقه به حدود 60 کیلومتر می رسد و امواج تسونامی در این منطقه ایجاد می شود . این نوار که به حلقه آتش نیز موسوم است تقریبا 80 % زلزله های جهان را شامل می شود .) آقانباتی ع. 1385(
: کمربند میانی اقیانوس اطلس :
این نوار از وسط بستر اقیانوس اطلس گذشته و در راستای شمال به جنوب واقع شده است . زلزله هایش نسبتا ملایم بوده و آرامش مردم را چندان بهم نمی زند . به استثنای گودال های اقیانوسی کانون زمین لرزه ها در عمق 50 کیلومتری پوسته زمین است . در گودال های اقیانوسی کانون زلزله ها تا عمق 300 تا 700 کیلومتر نیز مشاهده می شود .) آقانباتی ع. 1385(
گسل و تعاریف مربوط به آن :
: تعریف گسل :
گسل ها شکستگی هایی در پوسته زمین هستند که در طول آنها تغییر شکل های قابل توجهی ایجاد شده است . گاهی اوقات گسل های کوچک در ترانشه های جاده ، جایی که لایه های رسوبی چند متر جابجا شده اند ، قابل تشخیص هستند . گسل هایی در این مقیاس واندازه معمولا به صورت تک گسیختگی جدا اتفاق می افتد . در مقابل گسل های بزرگ ، شامل چندین صفحه گسل درگیر می باشند. این منطقه های گسلی ، می توانند چندین کیلومتر پهنا داشته باشند و معمولا از روی عکس های هوایی راحت تر قابل تشخیص هستند تا سطح زمین . در واقع حضور گسل در یک منطقه نشان می دهد که در گذشته ، در طول آن جابجایی رخ داده است . این جابجایی ها می توانسته یا به صورت جابجایی آرام باشد که هیچ گونه لرزشی در زمین ایجاد نمی کند ویا اینکه بصورت ناگهانی اتفاق بیفتد که جابجایی های ناگهانی در طول گسل ها عامل ایجاد اغلب زلزله ها می باشد . (زارع، 1388).بیشتر گسل ها غیر فعال هستند و باقیمانده ای از تغییر شکل های گذشته می باشند . در امتدادگسل های فعال ، حین جابجایی دو قطعه پوسته ای در کنار هم ، سنگ ها شکسته و فشرده می شوند . در سطح صفحات گسلی ، سنگها بشدت صیقلی و شیاردار می شوند . این سطوح صیقلی و شیارداربه زمین شناسان در شناخت جهت آخرین جابجایی ایجاد شده در طول گسل کمک می کند . زمین شناسان بر اساس جهت حرکت گسل ها ، آنها را به انواع مختلفی تقسیم بندی می کنند که در قسمت انواع گسل ها به این تقسیم بندی می پردازیم .
: مشخصات گسل :
برای تعریف گسل ها ، از مشخصات هندسی آنها ، یعنی موقعیت قرار گیری آنها در یک فضای سه بعدی ، استفاده می شود که عمده ترین این مشخصات هندسی راستا و شیب می باشند . شناخت این پارامترها در سطح ، زمین شناسان را قادر می سازد تا ساختار سنگها و گسل ها در زیر زمین و قسمت های دور از دیدشان ، پیش بینی نمایند . (زارع، 1388)
1-7-2-1 : راستای گسل :
جهت و راستای خط تلاقی صفحه گسل با افق تحت عنوان راستا شناخته می شود . راستا معمولا به صورت زاویه ای با شمال مشخص می گردد . برای مثال عبارت N20E نشان می دهد که راستای گسل 20 درجه به سمت شرق نسبت به جهت شمال متمایل است . (زارع، 1388)
1-7-2-2 : شیب گسل :
عبارتست از شیب سطح یک توده سنگی یا صفحه گسل ، نسبت به صفحه افق . شیب شامل زاویه انحراف و نیز جهت آن می باشد . جهت متصور شدن شیب یک گسل ، بخاطر سپاری این نکته است که آب همیشه در صفحه موازی با شیب گسل به سمت پایین جاری خواهد شد .