ارزیابی احتمالاتی گسترش جانبی ناشی از روانگرایی توسط روش شبیه سازی مونت کارلو

عوارض و خسارات زلزله بر سازه ها بر هیچ کسی پوشیده نیست. اگرچه تحقیقات بسیار گسترده ای جهت ایمن سازی سازه ها در برابر زلزله صورت گرفته است، از اهمیت تحقیقات در این زمینه به منظور کاهش بیشتر خسارات زلزله کاسته نشده است. گسترش جانبی یا تغییرشکل جانبی زمین پدیده ای می باشد که در نتیجه ی روانگرایی خاک اتفاق می افتد. گسترش جانبی هنگامی رخ می دهد که تنش های برشی دینامیکی ناشی از زلزله بطور موقت از مقاومت جاری شدگی خاک روانگرا شده بیشتر شوند. این پدیده در طی تکان های لرزه ای رخ می دهد و با اتمام آنها متوقف می شود. بزرگی این تغییرشکل ها بسته به شیب زمین، تراکم خاک و مشخصات حرکت زمین می تواند کوچک یا بزرگ باشد. گسترش جانبی می تواند در نواحی با شیب کم و یا در نواحی مسطح مجاور سطوح آزاد رخ دهد. در هر دو حالت تنش های برشی ایستایی وجود دارد که تمایل به ایجاد تغییرشکل در جهت رو به پایین شیب را دارند. در زلزله های بسیاری نظیر سانفرانسیسکو(1906)، نیگاتا(1964)، آلاسکا(1964)، سانفرناندو(1971) و اخیراً در بوشهر مشاهده شده است. روش های مختلفی جهت ارزیابی گسترش جانبی ناشی از روانگرایی وجود دارد این روش ها را می توان به این شرح دسته بندی کرد: 1-مدل های تجربی، 2-مدل های نیمه تجربی، 3-مدل های تحلیلی و 4-مدل های ساختاری(عددی). یکی از روش های پر کاربرد در ارزیابی گسترش جانبی زمین، که در اثر روانگرایی در نواحی با شیب ملایم رخ می دهد، استفاده از روش های تجربی می باشد. در فرآیند استفاده از مدل های تجربی به اندازه گیری متغیرهایی در آزمایشگاه و محل احتیاج است. همواره ماهیت اندازه گیری مستعد به وجود آمدن خطا می باشد و این مشکل به طور طبیعی عدم قطعیت هایی را در پیش بینی ها ایجاد می کنند. علاوه بر این عدم قطعیت های بسیاری به صورت ذاتی در مدل های تجربی وجود دارد که ناشی از عدم وجود مشاهدات کافی و همچنین پیچیدگی مسئله است. اگرچه مدل های تجربی متعددی جهت پیش بینی مقدار تغییرمکان حاصل از گسترش جانبی ارائه شده است، لیکن مطالعه ی جامعی در ارتباط با عملکرد آنها در یک ساختار مقایسه ای صورت نگرفته است. مطالعات انجام شده در این تحقیق را می توان به سه بخش عمده تقسیم کرد: در بخش اول، به بررسی اثر عدم قطعیت های موجود در پارامترهای ژئوتکنیکی در مقادیرنهایی گسترش جانبی ناشی از روانگرایی پیش بینی شده توسط روابط موجود پرداخته می شود و با یک ساختار احتمالاتی این اثر در قالب منحنی های خطر احتمالاتی برای یک سایت مشخص در نظر گرفته شده است به این منظور در بخش دوم ضمن بررسی جامع(مطالعه پارامتریک) روابط تجربی موجود ارائه شده توسط دیگر محققین از پایگاه داده های آنها استفاده شد و به کمک رگرسیون چند متغیره(mr) رابطه جدیدی با دقت و رفتار مناسب پیشنهاد گردید. در ارائه این مدل با استفاده از تحلیل های سیستماتیک آماری از رخدادهایی با عدم قطعیت بسیار زیاد صرف نظر شد مانند حذف داده ها ی تک گمانه هایی با فاصله بیشتر از 5 متر که با اینکار بخشی از عدم قطعیت های موجود در روابط به حداقل مقدار خود رسید و سپس در بخش سوم با استفاده از تحلیل مونت کارلو و روش های اعتمادپذیری مرتبه اول(form)، مرتبه دوم(sorm) به صورت احتمالاتی گسترش جانبی ناشی از روانگرایی تخمین زده شد و با هم مقایسه شدند در ضمن با استفاده از نتایج این بخش اثر لحاظ یا عدم لحاظ کردن وجود عدم قطعیت در پارامترهای ژئوتکنیکی و میزان محافظه کارانه یا عدم محافظه کارانه بودن بررسی گردید. در نهایت توسط کد matlab نوشته شده توسط مولف منحنی های سه بعدی احتمال تجاوز از یک مقدار مشخص تغییرمکان(مثلاً مقدار مجاز) که توسط روابط تجربی در یک ساختگاه پیش بینی می شود بر حسب بزرگاها و فاصله های مختلف که معرف سناریوی زلزله های مختلف یک سایت هستند ارائه شد. نتایج این تحقیق اهمیت میزان خطا در پارامترهای ورودی بر مقادیر پیش بینی شده ی تغییرمکان جانبی زمین را به صورت واضحی نشان می دهد و در نتیجه امکان استفاده از احتمال تجاوز از یک تغییرمکان مجاز دلخواه را فراهم می سازد که می تواند گامی مهم در طراحی سازه هایی که در معرض وقوع گسترش جانبی ناشی از روانگرایی هستند. واژه های کلیدی: عدم قطعیت، روانگرایی، گسترش جانبی، رگرسیون چند متغیره، شبیه سازی مونت کارلو، احتمال تجاوز گسترش جانبی