تحلیل آسیب‌پذیری لرزه‌ای دیوارهای ساحلی وزنی کیسونی همراه با خاکریز بهسازی‌شده با استفاده از منحنی‌های شکنندگی

هدف از مطالعه عددی حاضر، بررسی آسیب‌پذیری لرزه‌ای دیوارهای ساحلی وزنی کیسونی با خاکریز بهسازی شده مستقر بر بستر متراکم غیرروان‌گرا است. در این راستا، تاثیر الگوهای مختلف بهسازی خاکریز مستعد روان‌گرایی بر پاسخ لرزه‌ای این نوع دیوار‌ها ارزیابی و با یکدیگر مقایسه می‌شود. برای این منظور، از روش تفاضل محدود صریح لاگرانژی و مدل رفتاری ubcsand برای خاکریز دانه‌ای غیرچسبنده مستعد روان‌گرایی استفاده می‌شود. مدل رفتاری به‌کار رفته با سخت‌شوندگی مختلط سینماتیک و همسانگرد می‌تواند رفتار چرخه‌ای خاک و همچنین افزایش فشار آب حفره‌ای در طی بارگذاری‌های لرزه‌ای را به‌نحو مناسبی لحاظ نماید. به‌علاوه، اندرکنش دیوار کیسونی و خاک اطراف در مدل‌سازی‌های عددی درنظر گرفته می‌شود. ابتدا، یک مدل عددی پایه دو بعدی از دیوار ساحلی کیسونی ایجاد و پاسخ آن براساس مشاهدات آزمایشگاهی متناظر اعتبارسنجی می‌شود. سپس، با انجام تحلیل‌های دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی تحت اثر رویدادهای لرزه‌ای با سطوح مختلف خطر، 11 سری منحنی شکنندگی لرزه‌ای احتمالاتی برای دیوار ساحلی کیسونی با 10 الگوی متفاوت بهسازی به‌روش جایگزینی برای خاکریز مستعد روان‌گرایی و همچنین برای دیوار ساحلی کیسونی فاقد بهسازی در چارچوب طراحی بر مبنای عملکرد توسعه داده می‌شوند. براساس احتمال‌های آسیب دیوار با الگوهای مختلف بهسازی در سطوح لرزه‌ای متفاوت و مساحت ناحیه‌های بهسازی شده، میزان اثربخشی و بازده الگوهای پیشنهادی بر بهبود عملکرد لرزه‌ای دیوار کیسونی مقایسه می‌شوند. نتایج حاصل نشان می‌دهند، بهسازی خاکریز دیوار سبب بهبود عملکرد و کاهش آسیب‌پذیری لرزه‌ای آن در تمامی سطوح لرزه‌ای می‌شود. به‌کارگیری الگوهای بهسازی خاکریز، جابجایی افقی ماندگار بالای دیوار پس از زلزله را به‌طور میانگین بین 40 تا 73 درصد کاهش می‌دهد. مقایسه الگوهای بهسازی خاکریز مستعد روان‌گرایی در پشت دیوار ساحلی کیسونی مستقر بر بستر متراکم غیرروان‌گرا نشان می‌دهد، الگوی‌های با هندسه مثلثی و ذوزنقه‌ای با قاعده در پایین بیش‌ترین اثربخشی مثبت را بر کاهش تغییرمکان افقی دیوار و کاهش احتمال آسیب لرزه‌ای آن دارند.

seismic vulnerability analysis of caisson-type gravity quay walls with improved backfill using fragility curves

the main objective of the present numerical study is to investigate the seismic vulnerability of the caisson-type gravity quay walls with improved backfill soil located on a non-liquefiable dense seabed soil layer. in this regard, the effects of different improvement patterns applied to the liquefiable backfill on the seismic response of the wall are evaluated and compared. for this purpose, the lagrangian explicit finite difference method and the ubcsand constitutive model are utilized. first, a basic two-dimensional numerical model of the caisson quay wall is created and its response is validated against the corresponding experimental observations. afterward, by performing non-linear time history dynamic analysis under the effect of various seismic events with different risk levels, 11 series of probabilistic seismic fragility curves are developed within the performance-based design framework for the caisson quay walls with 10 different backfill improvement patterns and also for the caisson quay wall without improvement. according to the damage probability of the wall with various improvement patterns at different seismic levels as well as the area of the improved zone behind the wall, the effectiveness and efficiency of the proposed improvement patterns on enhancing the seismic performance of the system are evaluated and discussed. the results show that the backfill replacement and modification improve the seismic performance of the wall and reduce its vulnerability in all seismic levels. by applying different backfill improvement patterns, the permanent horizontal displacement at the top of the wall after earthquake decreases on average between 40% and 73% compared to the wall without improvement. the triangle and trapezoidal geometrical patterns with the base at the bottom have the most positive effect on reducing both the horizontal displacement of the wall and the possibility of its seismic damage.