مدلسازی اندرکنش گسلش با تونل های زیرزمینی و پی های سطحی با دستگاه سانتریفیوژ

با توجه به مشکلات و هزینه زیاد مطالعات تجربی در مقیاس واقعی از یک سو و قابلیت مدل‌های کوچک مقیاس در دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی در برقراری تشابه فیزیکی و لحاظ نمودن تنش‌های واقعی در مدل برای درک صحیح از تغییرشکل‌ها و مکانیزم‌های گسیختگی از سوی دیگر، عمده مطالعات آزمایشگاهی پدیده گسلش سطحی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی انجام شده است. در این تحقیق، مفهوم مدل‏سازی فیزیکی با دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی، قوانین مقیاس، محدودیت‌ها و منابع خطا در شبیه‌سازی اندرکنش گسلش شیب‌لغز با تونل‌های زیرزمینی و پی‌های سطحی بررسی ‌شده است. در پایان، با به حداقل رساندن خطاهای مدل‏سازی، اندرکنش گسل معکوس با پی سطحی و تونل‌های زیرزمینیبه عنوان زیرساخت‌های حیاتی در حوزه حمل‌و‌نقل شبیه‌سازی گردید. نتایج نشان دادکه در انتشار گسل معکوس در خاک ماسه‌ای، با رسیدن گسیختگی به سطح، زاویه شیب آن کاهش می‌یابد و در سطح زمین، گسیختگی‌ها و ترک‌های کششی ایجاد می‌شود که می‌تواند به سازه‌ها و شریان‌های حیاتی خسارت وارد کند. حضور تونل در مسیر گسیختگی ناشی از گسل معکوس موجب تغییر مسیر گسلش و افزایش محدوده تحت تاثیر آن در سطح زمین می‌شود. بنابراین، در مناطق شهری، در صورت لرزه‌خیز بودن منطقه و وجود گسل‌ها، تاثیر وجود تونل بر عملکرد سازه‌های سطحی و همچنین سازه‌های مدفون مجاور تونل باید مدنظر قرار گرفته شود. در انتشار گسیختگی ناشی از گسل معکوس با حضور سازه، فشار سربار سازه موجب انحراف مسیر گسیختگی به گوشه سمت راست پی و دوران آن می‌گردد. همچنین، در سمت راست پی، بالازدگی مشاهده شد که منطبق با مشاهدات میدانی در زلزله‌های پیشین همراه با گسلش سطحی بود.

Centrifuge modeling of underground tunnels and shallow foundations subjected to reverse fault rupture

Due to the problems and high cost of realscale experimental studies and on the other hand, the ability of smallscale models in geotechnical centrifuges to establish physical similarity and take into account the real stresses in the model for a correct understanding of deformations and rupture mechanisms, major experimental studies on the phenomenon of surface faulting has been done using by geotechnical centrifuge. In this research, the concept of physical modeling with a geotechnical centrifuge, scale rules, constraints, and sources of error in simulating the interaction of dip‐slip fault with underground tunnels and shallow foundations are investigated. Finally, by minimizing modeling errors, the interaction of reverse fault with underground tunnels, as critical transport infrastructure, and the shallow foundation is simulated. The results showed that in reverse fault propagation in sandy soil when the rupture reaches the surface, its dip angle decreases, and at the ground surface, shear ruptures and tension cracks are created which can damage structures and infrastructures. The presence of the tunnel in the rupture path causes the fault rupture path to change and the fault rupture zone to increase at the ground surface, which can affect the performance of surface structures and buried structures adjacent to the tunnel. In the propagation of reverse fault rupture, the presence of the surface structure on fault outcrop, overburden pressure due to the structure, causes the rupture path to deviate to the right corner of the foundation and the structure to rotate. Besides, on the right side of the foundation, a fault scarp was observed, which was consistent with field observations in previous earthquakes with surface fault rupture.