منبع پایان نامه درمورد آب زیر زمینی، ساده سازی، دینامیکی

دانلود پایان نامه ارشد

موج می شود. این سکانس پیچیده ورود موج، مطالعه جزئی لرزه های انفجار را محدود کرده است. با این حال، مطالعات پالس های منفرداز انفجار باعث ارائه روابطی شده است که در تخمین تأثیرات لرزهای انفجار و ساختمانی مفید می باشند.

شکل 3-4 الگوی شماتیک از امواج الاستیک اطراف یک خرج[6]

شکل4-4 لرز ه های تولیدی ناشی از شمع کوبی شامل یک پالس منفرد [6]
این امواج الگوی کاملاً متفاوتی از جنبش در خاک یا سنگ ایجاد می نماید. سازه های ساخته شده روی خاک یا سنگ به طور متفاوتی توسط هر کدام از امواج تحت تغییر شکل قرار خواهند گرفت. اکثر انفجارها، اگر در نقطه B در شکل5-4 اندازه گیری شوند، امواج نسبتاً سینوسی تولید می کنند. در عوض یک انفجار نزدیک در شکل5-4 بواسطه انتقال سریع و مستقیم موج به ژئوفون در نقطه A یک پالس منفرد تند ایجاد می نماید. امواج ایده آل نشان داده شده در شکل5-4- b برای انفجارهای نزدیک با پالس هایی که 1000 – 2000میکرو ثانیه یا 2ms-1 طول می کشند و در فواصل نسبتاً زیاد که ms 100-10 طول می کشد، تیپیک هستند. ترکیب این پالس های منفرد تولید قطار موج سینوسی می کنند.

شکل 5-4 امواج ایده ال برای دو موقعیت مختلف ژئوفن a)محل ژئوفنb)امواج ایده ال[6]

شکل6-4تولید و گسترش امواج سطحی
لرزه های تیپیک، بدون توجه به نوع آنها می توانند به یک موج سینوسی تشبیه شوند که در زمان و فاصله در امتداد خط شعاعی می توانند متغیر باشند (شکل7-4). این ساده سازی بدلیل اینکه محاسبه کرنش و شتاب از سرعت ذره ای را ساده تر از حالت پالس غیر سینوسی و غیر قرنیه بحث شده در قسمت قبل می کند، مفید خواهد بود.
طبیعت سینوسی لرزه های ساختمانی، با مقایسه آن با یک چوب پنبه نوسان داده شده روی آب بهتر توضیح داده می شود. جنبش زمین ایجاد شده توسط فعالیتهای ساختمانی مشابه جنبش یک چوب پنبه شناور که توسط یک موج تولید شده در اثر پرتاب یک سنگ به داخل آب به نوسان می افتد، می باشد. جابجائی چوب پنبه از موقعیت اولیه اش مشابه جابجائی ، u ذره در زمین نسبت به موقعیت اولیه اش است. بطور مشابه، سرعت چوب پنبه شبیه سرعت ذره در زمین است.

شکل7-4تقریب سینوسیa)جابجایی سینوسی در یک نقطه ثابت(xثابت)،b)جابجایی سینوسی دریک لحظه(tثابت)
موج آب که چوب پنبه را تحریک می کند می تواند با طول موجش ، ، یا فاصله بین دو نقطه اوج موج توصیف شود. سرعت c، سرعتی است که موج از نقطه برخورد سنگ با آب تا رسیدن به چوب پنبه حرکت می کند. فرکانس f عبارتست از تعداد دفعاتی که چوب پنبه در یک ثانیه بالا و پائین می رود. سرعت انتشار نبایستی با سرعت ذره ای اشتباه گرفته شود، c سرعتی است که موج آب از چوب پنبه می گذرد، در حالیکه سرعتی است که چوب پنبه با آن سرعت بالا و پائین می رود.
Umax حداکثر جابجایی ، K ثابتی است بنلام تعداد موج، ثابت دیگری است بنام فرکانس طبیعی دایره ای و t زمان است .اگر فاصله ای که در آن موج تکرار می شود . بعنوان موج تعریف کنیم () ، k بایستی معادل باشد با که باعث می شود که تابعی سینوسی هر بار که x به یک مقدار معادل افزایش یابد، تکرار شود.
از آنجائیکه موج بعد از یک زمان بنام پریود (T) تکرار می شود، بایستی معادل باشد که باعث می شود که تابع سینوسی هنگامی که یک پریود بگذرد، تکرار شود. از آنجائیکه پریود T زمان بین تکرارهاست، فرکانس f یا تعداد بارهایی که موج در مدت یک ثانیه تکرار می شود.
فرکانس f (که بر حسب هرتز است) با فرکانس طبیعی دایره ای یکسان نبوده و نبایستی هنگام محاسبه حداکثر ذره ای و جابجائی با تقریب سینوسی با هم اشتباه گرفته شوند.
رابطه بین جابجایی ذره ای ، سرعت ذره ای و شتاب ذره ای با تقریب سینوسی خیلی ساده می شود و با مشتق از رابطه جابجائی نسبت به زمان بدست می آید:[7,8]
معادله 1-4
معادله 2-4
معادله 3-4
در خیلی از مواقع، فقط مقادیر حداکثر مد نظر است. بنابراین معادلات فوق به شکل زیر ساده می شوند: [7,8]

معادله4-4
معادله5-4
معادله6-4

بنابراین هر توصیف کننده جنبش ذره ای حداکثر (جابجایی، سرعت و یا شتاب) می تواند از دیگری براحتی بدست آید. اگر فرکانس f مشخص بوده و شکل موج تقریباً سینوسی باشد.
معمولاً شتاب با تقسیم بر شتاب ثقل زمین که معادل mm/s29814 است، نرمالیزه می شود. [6]
3-4سرعت انتشار امواج
سرعت انتشار یک فاکتور مهم است زیرا این پارامتر یک سنجش غیر مستقیم از خواص سنگ و خاک است که زاول سرعت ذره ای حداکثر را و همچنین طول موج را تحت تأثیر قرار می دهد. همانطور که قبلاً متذکر گردید، سرعت انتشار امواج فشاری، برشی و ریلی بسته به نوع محیط متغیر است. جدول 1-4میزان این تغییرات را برای سنگ های رسوبی نزدیک به هم نشان می دهد. انتشار داخل سنگ و خاک حتی تغییرات بیشتر سرعت انتشار را بدنبال دارد (جدول 2-4.( مقادیر سرعت برای سنگ بکر و سنگ ذره دار کاملاً متفاوتند. رنج سرعت برای یک نوع خاک مشخص مانند ماسه وسیع تر از سنگ است. بدلیل تغییرات زیاد در سختی برای ماسه و نسبت بیش تحکیم یافتگی برای رس.
درزه داری و هوازدگی توده سنگ سرعت انتشار موج را شدیداً تحت تأثیر قرار می دهند. بنابراین مقادیر سرعت برای سنگ بکر هیچ وقت نمی بایستی مورد استفاده قرار گیرند. عموماً با افزایش عمق سرعت موج افزایش و شدت درزه دارای کاهش می یابد. برای خاک، در زیر سطح آب زیر زمینی سرعت موج برشی به تغییرات خواص خاک حساس تر است تا موج فشاری، زیرا موج برشی توانایی انتشار در آب را ندارد و بنابراین فقط در ساختار سنگ یا ماتریکس سنگ منتشر می شود. بر عکس، زیر سطح آب زیر زمینی، موج فشاری چندان تحت تأثیر چگالی یا مدول خاک قرار نمی گیرد زیرا می تواند از طریق خود آب نیز منتقل شود [6].
جدول 1-4اندازه گیری صحرایی سرعت انتشار برای دو سنگ رسوبی[6]
جدول2-4سرعت های انتشار تخمین زده شده (شدید درزه دار وبکر)[6]

تاریخچه زمانی لرزه های ساختمانی می تواند در سه دسته قرار گیرند1) پالس منفرد ساده مانند شمع کوبی 2) یک نوع مشکل تر رکورد جهت تفسیر کردن، شامل آنهایی است که دو پیک نابرابر در فرکانس های متفاوت دارند. 3)مشکل ترین نوع رکورد جهت تفسیر شامل آنهایی است که دارای پیک های متفاوت در فرکانس های متفاوت می باشند. در اینگونه مواقع هیچ گونه محاسبه دستی نمی تواند جایگزین طیف پاسخ و یا آنالیز فرکانسی فوریه شود.
جدول 3-4دامنه پارامترهای لرزه ای تیپیک انفجار[6]

پیش بینی سرعت ذره ای حداکثر 4-4
معیارهای مبتنی بر فرکانس جهت کنترل لرزه، نیاز به روشهایی برای پیش بینی هم سرعت ذره ای و هم فرکانس غالب دارند. با این حال سرعت ذره ای حداکثر مهمترین متغیر است چون اگر مقدار آن پائین باشد، دیگر فرکانس اهمیت خود را از دست خواهد داد. پیش بینی سرعت ذره ای می تواند از دو جهت مورد بررسی قرار گیرد: روابط استهلاک و روابط مقیاس بندی. روابط استهلاک اغلب مربوط به فعالیت های ساختمانی در خاک می شود و روابط مقیاس بندی اغلب مربوط به انفجار در سنگ و خاک می شود، همانطور که در شکل 8-4نشان داده شده است. استهلاک، زوال سرعت حداکثر را بر حسب فاصله از منبع توصیف می کند. این روابط برای پیش بینی سرعت در فواصل مختلف با استفاده از سرعت های معلوم در یک فاصله مشخص مفید خواهند بود. مقیاس بندی زوال را بر حسب فاصله که توسط انرژی منبع نرمالیزه شده (از اینرو مقیاس شده) بیان می کند و بیشترین کاربرد را هنگامیکه یک منبع (همانند انفجار) در یک فاصله ممکن است انرژی های متغییری آزاد کند دارد. استهلاک یا زوال لرزه ها توسط دو پدیده تولید می شود، گسترش هندسی و جذب غیر الاستیک3، جذب انرژی موج در اثر تبدیل بخشی از انرژی جنبشی به تغییر شکل برگشت ناپذیر و همچنین حرارت ا تفاق می افتد. در عمل تغییرات شدت موج نسبت به فاصله در اثر پدیده ی جذب بصورت نمایی ست. این دو پدیده برای استهلاک جنبشهای تولید شده در اثر کوبیدن دینامیکی توسط یک وزنه ton 60 از فاصله 27 متری در شکل8-4نشان داده شده اند. طبق نظر ریچارد و همکاران 4پدیده گسترش هندسی بوسیله یک رابطه شامل دو فاصله R1 و R2 که در آن سرعت ذره ای معین و سرعت ذرهای نامعین است، بهتر توصیف می شود.
معادله7-4 [11]
ضریب a با افزایش فرکانس غالب افزایش می یابد. بایستی خاطر نشان کرد، که برای دامپینگ مواد، زوال، تابعی است از اتلاف انرژی در هر سیکل تغییر شکل نه تابع فاصله. این وابستگی به فرکانس شرح می دهد که چرا در حالت عمومی، فرکانس غالب برای یک نوع موج با فاصله کاهش می یابد. اجزاء با فرکانس پائین تر سیکل های تغییر شکل کمتری متحمل می شوند و متناسب با آن، اتلاف انرژی آنها کمتر است [6].
پیچیدگی رابطه استهلاک شامل گسترش هندسی (n) و دامپینگ ماده (a) اغلب باعث جایگزینی آن با رابطه خطی سوم شده در شکل 8-4 (تحت عنوان توان) نشان داده شده است. این ساده سازی رابطه منحنی الخط را با یک خط برازش شده بر منحنی سرعت حداکثر و فاصله در محور مختصات لگاریتمی جایگزین می کند. K تقاطع در فاصله یک متر بوده و m شیب منحنی در مختصات لگاریتمی است. بعبارت دیگر m برابر 1- خواهد بود. اگر شیب به اندازه سیکل لگاریتم واحد به سمت پائین و به اندازه سیکل لگاریتم واحد به سمت راست باشد.

شکل 8-4 روابط پایه استهلاک[6]
مقیاس کردن فاصله هنگامی که انرژی متغیر است (مانند انفجار)، برای پیش بینی سرعت ذره ای حداکثر ضروری است. دو رویکرد مورد توجه عبارتند از مقیاس کردن با ریشه دوم (R/E1/2) و مقیاس کردن با ریشه سوم (R/E1/3)، ریشه سوم یک پایه مناسب برای تعیین فرکانس غالب در لرزه های انفجار فراهم می آورد. این رویکرد سال های متمادی برای مدلسازی در مقیاس کوچک انفجار هسته ای مورد استفاده قرار گرفته است و برای لرزه های انفجارهای معدن توسط هندرون 5پیشنهاد شد.
طبق نظر هندرون متغیرهای ارائه شده در جدول 4-4 برای کنترل لرزه های انفجار اهمیت دارند. 6 پارامتر مستقل و بدون بعد همراه پدیده انفجار وجود دارد، این پارامترها عبارتند از ، چهار واژه اول شامل متغیرهای وابسته هستند و دو واژه آخر ترکیبی از متغیرهای مستقل هستند. از آنجائیکه چگالی برای توده سنگ بیشتر از %20 تغییر نمی کند و سرعت موج بیشتر از یک فاکتور 2 تغییر نمی کند، تغییرات در W و R معنی داتر از و c است. باصرفنظر کردن از تغییرات این دو، به تبدیل می شوند.
مطالعات محققین مختلف نشان داده اند که سرعت ذره ای زمین با مقدار حداکثر خرج در هر تأخیر (W)، یا مقدار ماده منفجره شده در هر لحظه از زمان مرتبط است. بطور رایج فرض می شود که خرج W خرجی است که در هر مدت زمان 8 میلی ثانیه منفجر می شود. با این حال، امکان تقویت امواج که باعث افزایش W واقعی خواهد شد توسط یک فاکتور دیگر بحساب می آید.
نتایج حاصل از رسم سرعت ذره ای شعاعی بر حسب فاصله مقیاس شده ریشه سوم برای رنج وسیعی از انفجارها در شکل 9-4 نشان داده شده اند. این شکل شامل داده هایی است که در آن W از 14 تا Kg 14500 در هر تاخیر تغییر می کند. علی رغم تغییرات زیاد W، مقادیر حداکثر سرعت ذره ای یک رابطه منسجم با فاصله مقیاس شده نشان می دهند. بطور کلی می توان گفت که مقیاس بندی ریشه سوم برای خرج های کروی مناسب است.

جدول 4-3متغیرهای مهم آنالیز انفجار[6]

تئوری الاستیسیته با استفاده از معادلات جنبش برای یک موج کروی از یک منبع نقطه ای در یک محیط بی نهایت، پیش بینی می کند که سرعت ذره ای حداکثر ناشی از امواج حجمی با یک نرخ متناسب با دچار زوال می شوند که در آن n نزدیک 2 برای نقاط نزدیک منبع و 1 برای فواصل دورتر است. امواج سطحی با یک n معادل 0/5 مستهلک می شوند. داده های شکل 9-4نشان از استهلاک مقادیر حداکثر متناسب با نزدیک به منبع و در فواصل دورتر هنگامیکه w ثابت باشد، دارد. [6]
رسم سرعت ذره ای بر حسب فاصله (R) تقسیم بر ریشه دوم خرج رایج تر از مقیاس سازی ریشه سوم است و برای خرج های استوانه ای مناسب تر است. هر دو رویکرد برای مقایسه داده های صحرائی و برای پیش بینی

پایان نامه
Previous Entries منبع پایان نامه درمورد مواد معدنی Next Entries منبع پایان نامه درمورد انحراف معیار، ضریب تعیین