Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Vafaian,Abas Eslami haghighat
محمود وفائیان (استاد راهنما) عباس اسلامی حقیقت (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zeinab Khorami Ejlali
زینب خرمی اجلالی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Large deformation induced in soil masses due to fault rupture
In a seismic event, the rupture of an earthquake fault can generate two types of ground displacement containing permanent quasistatic offsets on the fault itself, and transient dynamic oscillations away from the fault. The first type of displacement affects the ground surface only in cases that the fault rupture extends all the way to the surface. By contrast, the latter displacement is the result of seismic waves originating and propagates over large distances in the earth and are thus of prime significance for the safety of civil engineering structures. Thus, extensive studies have been devoted to them. Among the structures, the embankment dams and their safeties are of great importance and there are still dams constructed over active faults. Since dam failure may result in catastrophic events, it is prudent to gain an understanding of the phenomenon of base fault displacement and fault rupture propagation through the embankment dam. The results of this understanding of the phenomenon of fault rupture propagation through soil may lead to designing of buildings and critical facilities in the vicinity of active faults. This research is aimed to develop an understanding of the phenomenon of reverse dip slip fault rupture propagation through soil. Then, as a practical approach, fault rupture propagation through embankment dams is studied. A finite element base software (ABAQUS) is employed as a tool for the numerical modeling of fault rupture propagation through soil using nonlinear elastic-plastic constitutive behavior. At the first step, the important issues related to the factors affecting the fault rupture propagation through a horizontal soil layer are evaluated in numerical modeling. The results showed that the increase of friction angle and elastic modulus of the materials leads to decreasing of the fault rupture path.Simultaneous study of the influence of soil type in terms of density and fault dip angle demonstrated that fault rupture path tends to bend more in dense soils comprising loose ones. At the second step, fault rupture propagation through homogenous and zoned embankments is discussed. The results are presented in from two points of view: rupture path through embankment dams and surface displacement. Three different zones within the embankment were recognized in terms of fault rupture paths, so that the influence of each factor like the fault properties and material properties can be different in these zones. Moreover, the effect of the dam height was studied in this research as one of the most important factors. It was shown that changing the height of the dam can completely lead to different rupture paths. When the embankment dam has the lower height, a localized rupture path is formed in line with the fault angle. As the height of the dam is increased, the rupture path is dispersed so that one localized rupture path is not recognized anymore. Finally the effect of presence of a horizontal alluvium under the dam base on rupture propagation and the surface displacement is evaluated. The important result was that the presence of alluvium foundation may lead to diversion of fault rupture path, decreasing of the surface displacement gradient and dispersion of rupture path in some regions with high effective stress levels. It is hoped that this research be the initial step of comprehensive surveys about the phenomenon of fault rupture propagation and also presenting executive measures to reduce the destructive effects of that. Keywords Fault rupture, Numerical modelling, Fininte element analyse, Embankment dam, ABAQUS
عملکرد گسل در هر رویداد لرزه ای می تواند دو نوع تغییرمکان شامل جابجایی ماندگار بر روی گسل و جابجایی ناشی از انتشار امواج زلزله را ایجاد نماید. جابجایی نوع اول سطح زمین را تنها هنگامیکه گسلش به سطح برسد تحت تأثیر قرار می دهد. اما جابجایی ناشی از انتشار امواج زلزله می تواند تا مسافت های طولانی رخ دهد و در پایداری سازه ها نقش مهمی دارد. از این رو مطالعات وسیع تری بر روی آن انجام شده است. در میان سازه ها سدهای خاکی از اهمیت زیادی برخوردارند و هنوز هم سدهایی وجود دارند که بر روی گسل های فعال احداث شده اند. از آنجاییکه گسیختگی در سدها می تواند منجر به وقایع فاجعه انگیز گردد شناخت پدیده جابجایی گسل در بستر آنها و انتشار گسلش درون سد اهمیت بسیاری دارد. ممکن است نتیجه این مطالعات در جهت شناخت پدیده انتشار گسلش درون خاک منجر به طراحی سازه هایی ایمن در مجاورت گسل های فعال شود. در این پژوهش سعی بر این است که پدیده انتشار گسلش شیب لغز معکوس درون خاک مورد بررسی قرار گیرد و پس از آن به عنوان کاربردی از مطالعات انجام گرفته انتشار گسلش درون سد خاکی بررسی گردد. بدین منظور مدلسازی عددی انتشار گسلش درون خاک با بکارگیری روش المان محدود و مدل رفتاری الاستوپلاستیک غیرخطی در نرم افزار ABAQUS انجام شده است. در ابتدا مسائل مهم مرتبط با عوامل موثر بر انتشار گسلش درون لایه افقی خاک در مدلسازی عددی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج مطالعات در این زمینه نشان داد که به طور کلی افزایش زاویه اصطکاک داخلی و مدول الاستیسیته مصالح منجر به کاهش شیب مسیر گسلش می شود. بررسی تأثیر توأم نوع خاک از نظر تراکم و زاویه اعمال گسل نیز مشخص نمود در خاک متراکم مسیر گسلش انحراف بیشتری نسبت به خاک سست پیدا می کند. پس از آن انتشار گسلش درون سد خاکی همگن رسی و سد غیرهمگن بررسی شده است. نتایج مطالعات با رویکرد مسیرهای گسلش درون بدنه خاکریز و تغییرشکل سطح زمین ارائه شده است. نتایج بررسی ها نشان داد که می توان بدنه سد را از لحاظ نحوه انتشار گسلش به سه ناحیه تقسیم نمود که تأثیر هر یک از عوامل شامل خصوصیات گسل و خصوصیات مربوط به مصالح خاک در این نواحی می تواند متفاوت باشد. یکی از پارامترهای مهمی که در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفت تأثیر ارتفاع سد می باشد که نشان داده شد تغییر ارتفاع خاکریز می تواند نحوه انتشار گسیختگی درون بدنه سد را به طور کامل تغییر دهد. هنگامیکه ارتفاع سد کمتر می باشد مسیر گسیختگی به صورت متمرکز و با یک شاخه تقریبا در راستای زاویه گسل شکل می گیرد و با افزایش ارتفاع سد مسیر گسلش پراکنده می شود به نحوی که دیگر یک شاخه متمرکز گسیختگی شکل نمی گیرد. در پایان تأثیر وجود لایه افقی آبرفت در زیر سد بر نحوه انتشار گسلش و تغییرشکل سطح زمین بررسی شد. نتیجه مهمی که بدست آمد این بود که حضور لایه آبرفت در زیر سد می تواند منجر به انحراف مسیر گسلش، کاهش گرادیان جابجایی در سطح و پراکنده ساختن مسیر گسلش در بعضی نقاط با سطح تنش موثر بالا گردد. امید است که این پژوهش بتواند سرآغازی بر مطالعات جامع تر پیرامون موضوع و ارائه تمهیدات اجرایی در جهت کاستن هرچه بیشتر آسیب های احتمالی ناشی از این پدیده باشد. واژه های کلیدی: گسلش، مدلسازی عددی، تحلیل المان محدود، آباکوس، سد خاکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی