پارادوکس اندرکنش خاک سازه در خاکهای نرم تحت بارگذاری لرزه ای: غلبه پاسخ کینماتیکی و افت انتقال نیروهای اینرسیایی

رویکردهای طراحی لرزه ای متعارف بر این فرض استوارند که شتاب بالاتر زمین مستقیما به نیروهای داخلی بیشتر در سازه منجر می شود. این مطالعه یک پارادوکس اساسی در اندرکنش خاک سازه (SSI) برای فونداسیون های سطحی روی خاک های نرم را آشکار می سازد جایی که این فرض به طور کامل نقض می شود. ما نشان می دهیم که در خاک های بسیار نرم تشدید پاسخ سینماتیکی بزرگ نمایی (شتاب به دلیل گسیختگی برشی خاک) زیرین از فرآیند انتقال نیروهای اینرسیایی به فونداسیون جدا می شود. برای بررسی این پدیده سه پروفیل خاک معرف آبرفت تهران با تراکم نسبی ۷۰٪ (S۷۰)، ۸۵ (S۸۵) و ۹۵ (S۹۵) با استفاده از مدل پیشرفته HS-small در نرم افزار PLAXIS ۲D مدل سازی شدند. یک فونداسیون سطحی به عرض ۲۰۰ متر تحت بار استاتیکی ۱۰۰ کیلوپاسکال در معرض رکورد زلزله طبس (۱۹۷۸) قرار گرفت. نتایج نشان دهنده یک تضاد آشکار بود؛ پروفیل نرم (S۷۰) بالاترین بزرگ نمایی سایت ضریب ۶.۰۲، شتاب پیک (۱.۹۲) را تجربه کرد اما به دلیل گسیختگی گسترده خاک که به مثابه یک فیوز ژئوتکنیکی عمل کرد، لنگر خمشی و نیروی برشی در فونداسیون تقریبا به صفر رسید. این مکانیزم محافظتی اما به قیمت نشست دائمی فاجعه بار ۲۵۳ میلی متر تمام شد. در مقابل پروفیل متراکم (S۹۵) با وجود بزرگ نمایی بسیار کمتر ضریب (۲.۱۰، شتاب پیک ۰.۶۷)، نیروهای داخلی قابل توجهی را به فونداسیون منتقل کرد در حالی که تنها ۳۳ میلی متر نشست داشت. تحلیل حلقه های پسماند تایید کرد که S۷۰ انرژی لرزه ای را از طریق تغییر شکل های پلاستیک بزرگ مستهلک می کند در حالی که S۹۵ رفتاری نزدیک به الاستیک دارد. این یافته ها پارادوکس SSI در خاک های نرم را به صورت کمی اثبات می کند: تسلیم زودهنگام خاک مانع از انتقال موثر نیروهای اینرسیایی به فونداسیون می شود علی رغم اینکه تقاضای کینماتیکی در بالاترین حد خود قرار دارد. بنابراین، این پژوهش فرضیات طراحی متعارف را به چالش کشیده و موکدا بیان می دارد که در خاک های نرم، معیار حاکم بر عملکرد لرزه ای فونداسیون کنترل نشست و پایداری ژئوتکنیکی است نه ظرفیت تحمل نیروهای داخلی فونداسیون.

کلیدواژه ها:

اندرکنش خاک و سازه ، خاک نرم ، بزرگ نمایی لرزه ای برشی ، طراحی پی