بررسي تأثير حفره‌هاي زيرزميني بر پاسخ سطح زمين به روش عددي و مقايسه آن با نتايج تجربي (مطالعه موردي تونل‌هاي متروي كرج)

Numerical modelling of the effect of the underground cavities on evaluation of seismic site response (Study of subway tunnel in city of Karaj)

مطالعات انجام‌شده در زمينۀ تأثير حفرات زيرزميني بر پاسخ لرزه­اي زمين بيشتر بر روش‌هاي تحليلي متمركز بوده كه ضعف اصلي آن‌ها، ساده نمودن بيش‌ از حد مسئله به لحاظ هندسه حفره و مشخصات مصالح است. لذا نياز به مطالعات وسيع‌تر در اين زمينه با استفاده از مد‌‌ل‌سازي عددي و همچنين روش‌هاي تجربي و به‌ويژه با در نظر گرفتن حفرات زيرزميني واقعي ضروري است. در پژوهش حاضر اين مهم بامطالعه بر روي تونل در دست احداث خط دوي پروژه­ي قطار شهري كرج مدنظر قرار گرفت. يازده محل در مجاورت اين تونل و ايستگاه­هاي مربوط به آن انتخاب گرديد و براي آن‌ها با استفاده از برداشت­هاي خردلرزه­ سنجي، نسبت­هاي طيفي خردلرزه ­ها بين نقاطي در سطح زمين و نقاط مرجع در كف تونل محاسبه گرديد. براي چهار محل مطالعه به روش عددي اجزا محدود نيز صورت گرفت. نتايج مطالعات تجربي در كاظميني و همكاران (2015) ارائه گرديده است. هدف مقاله حاضر ارائه نتايج به‌ دست‌ آمده از روش عددي و مقايسه آن با نتايج تجربي است. نتايج نشان مي‌دهند، حفره‌هاي زيرزميني بر پاسخ‌هاي به‌ دست ‌آمده در سطح زمين تأثير قابل ‌توجهي داشته، به‌طوري‌كه حضور آن‌ها باعث افزايش بزرگنمايي در بازه‌هاي فركانسي كوچك و بزرگ‌شده و با افزايش ابعاد حفره و نزديك‌تر شدن به محور حفره مقادير بزرگنمايي بيشتري قابل‌ مشاهده است.

The study of the effect of underground cavities on site seismic response have been mainly carried out by analytical methods. The main weakness of these methods are extra simplification in terms of geometry and material properties. Therefore, the need to comprehensive studies in this field, using numerical modeling and experimental methods, particularly considering the real case underground cavities is essential. In the present study, a real case of a subway tunnel, belong the underconstruction subway network of the Karaj city (Iran) was considered. 4 sites along the line 2 of this subway, for which experimatal measurment of ambiant noise have been perfomed, were selected and for them numerical modeling by finite element method were carried out. Results of the numerical modeling are compared with the experimental spectral ratios obtained by Kazemeini et al (2014). The result show that the presence of underground cavities, affect the site seismic response significantly and leeds to apperance of amplification in low and high frequency ranges that increase with increment of tunnel dimention and decrement of the distance to the tunnel axis.