مطالعه عددی رفتار لرزه ای تونل های گذرنده از گسل

تونل ها در برابر زلزله از درجه ی ایمنی بالاتری نسبت به سازه های سطحی برخوردارند، لیکن حتی سطح پایینی از خسارت می تواند بر عملکرد آنها تأثیرگذار باشد. برخی از زلزله های اخیر مانند کوبه، چی چی و نیگاتا، به دلیل خسارات زیاد به تونل ها نشان دادند که این سازه ها نیز همواره تحت مخاطرات ناشی از وقوع زلزله می باشند. همچنین این خسارات لرزه ای نشان دادند که بیشتر تونل ها در مجاورت گسل احداث شده اند. حرکات زمین در نزدیک گسل شامل جابجایی دینامیکی ناشی از عبور امواج لرزه ای و جابجایی دائمی ناشی از یک لغزش استاتیکی می باشد. ویژگی های حرکت زمین در مجاورت گسل متفاوت از ویژگی های دور از گسل می باشند. حرکت در نزدیکی گسل می تواند شدید و دارای پالس های با پریود طولانی و تحت تأثیر مکانیزم های گسیختگی و جهت انتشار آن نسبت به محل و جابجایی دائمی زمین ناشی از لغزش گسل باشد. این دو پدیده ی آخر به ترتیب به اثرات جهت گیری گسیختگی و گام پرش اشاره دارند. در تحقیق حاضر، تغییر شکل و نیروهای داخلی لاینینگ، تحت دو اثر از زلزله نزدیک گسل شامل جابجایی دائمی ناشی از لغزش گسل و حرکات دینامیکی نزدیک گسل ناشی از اثرات جهت گیری گسیختگی، در دو حالت مجزا و با عملکرد مشترک به روش عددی در محیط خاک مطالعه شده است. تحت اثر لغزش دائمی گسل، نتایج نشان می دهند که مکانیزم گسل، بزرگای زلزله، و موقعیت تونل همگی اثرات قابل ملاحظه ای را بر نیروی های داخلی، جابجایی، و اعوجاج برشی مقطع تونل می گذارند. اثر گسل های معکوس بر نیروهای داخلی لاینینگ تونل بیشتر از گسل های نرمال می باشد. به استثنای بزرگاهای زلزله بزرگتر و یا برابر با 7 ریشتر، جابجایی مقطع تونل تحت اثر گسل معکوس بزرگتر از گسل نرمال است. تحت اثر گسل نرمال، اعوجاج برشی بوجود آمده برای مقطع تونل های واقع در بخش محرک گسل (hanging wall) بیشتر از آنهایی است که در بخش ثابت گسل (footwall) قرار گرفته اند، در حالیکه برای گسل معکوس، خلاف نتیجه مذکور می باشد. همچنین، فاصله ایمن تونل از نوک گسل به ازای تمام زوایای شیب گسل، تحت گسل نرمال کمتر از گسل معکوس است. زمانیکه تونل تحت اثر مشترک لغزش و زلزله های نزدیک به گسل می باشد، مشخصه هایی مانند شدت پالس، پریود موثر پالس، و محتوای فرکانسی از جمله ویژگی های موثر از حرکات پالسی شکل زمین می باشند که بر پاسخ نهایی لاینینگ تونل تاثیرگذارند. بر مبنای نتایج بدست آمده از اثر تحریک لرزه ای اولیه و اعمال جابجایی های دائمی پس از آن ناشی از لغزش گسل، در زلزله های با بیشینه شتاب زمین پایین (کمتر از g35/0)، نوع پالس بیشترین تاثیر را بر پاسخ نهایی لاینینگ تونل دارد که این به دلیل خصوصیات حرکات رفت و برگشتی در حرکات پالسی شکل می باشد. برای زلزله های با بیشینه شتاب زمین بالا (بزرگتر از g7/0) و به ازای مقادیر بزرگی از پارامترهای نزدیک گسل، هر دو عوامل نوع و پریود پالس بر پاسخ نهایی موثر می باشند. همچنین، برای بیشینه شتاب زمین به بزرگی g35/0، جابجایی نهایی مقطع تونل کاهش می یابد، درحالیکه برای زلزله های با بیشینه شتاب زمین به بزرگی g7/0 و g1، جابجایی نهایی مقطع افزایش می یابد که در نتیجه افزایش تنش و به دنبال آن افزایش کرنش های پلاستیک در خاک می باشد.