psha هلزل یتلاامتحا طخ لیلحت شور حیشت article.pdf · ېزېز رڱخ...

عنوان :

PSHA زلزلهاحتماالتی تحلیل خطر تشریح روش

:نگارنده

علی عرب یارمحمدی

0931شهریور

أ

فهرست مطالب

زلزله خطر لیتحل اتیکل : 1 فصل

2 .................................................................................................................................. مقدمه 1-1

3 ..................................................................................... لرزه نیزم یریگ اندازه یپارامترها 1-2

L(M ...................................................................................................... 3( یمحل یبزرگا 1-2-1

4 .......................................................................................... (bM) یحجم امواج یبزرگا 1-2-2

5 .......................................................................................... (sM) یسطح امواج یبزرگا 1-2-3

WM( ............................................................................................... 5( یگشتاور یبزرگا 1-2-4

6 .................................................................................................................... زلزله شدت 1-2-5

6 ......................................................................................... شتریر گوتنبرگ بازگشت قانون 1-3

8 ............................................................................................................... زلزله خطر لیتحل 1-4

9 .............................................................................................. زلزله خطر لیتحل یهاروش 1-5

9 ...................................................................................... زلزله یقطع خطر لیتحل روش 1-5-1

12 ........................................................................................ زلزله یاحتماالت خطر لیتحل 1-5-2

12 ................................................................ زلزله خطر لیتحل یها افزار نرم نیتدو نهیشیپ 1-6

htttp://civil808.com

ب

(PSHA) زلزله یاحتماالت خطر لیتحل: 2 فصل

15 ................................................................................................................................ مقدمه 2-1

15 ..................................................................................................................... لیتحل روش 2-2

21 ................................................................... یاحتماالت خطر لیتحل انجام مراحل خالصه 2-3

21 ....................................................................................... یا لرزه یهاچشمه ییشناسا 2-3-1

23 ....................................................................................... یزیخ لرزه و بازگشت رابطه 2-3-2

23 ............................................................................................................ یکاهندگ رابطه 2-3-3

23 ................................................................................. نیزم یحرکت یپارامترها محاسبه 2-3-4

24 .................................................................................................... پوآسون مدل از استفاده 2-4

ت

جداولفهرست

22 ........................... یا لرزه چشمه کی ییشناسا در هاآن کاربرد و یکل اطالعات : 1-2 جدول

!Error ... یمتن لیفا در کاربر یکاهندگ رابطه از آمده بدست جینتا رهیذخ یالگو: 1-3 جدول

Bookmark not defined.

.Error! Bookmark not defined ............... فاصله پارامتر هر به مربوط سیاند: 2-3 جدول

.λ(PGA > 0.2 .. Error! Bookmark not defined) یبرا یاحتماالت محاسبات: 1-4 جدول

.λ(PGA > 1 ...... Error! Bookmark not defined) یبرا یاحتماالت محاسبات : 2-4 جدول

!Error ....... یانقطه چشمه یبرا بزرگا احتماالت به مربوط جینتا سهیمقا جدول: 3-4 جدول


چشمممه یبرا PGA > 0.2g یبرا افزار نرم با( 1-4 انتگرال حل به مربوط اعداد: 4-4 جدول

.Error! Bookmark not defined ............................................................................... یانقطه

عداد: 5-4 جدول ثال در( 1-4 انتگرال حل به مربوط ا یبرا PGA > 0.2g یبرا Baker م

.Error! Bookmark not defined ................................................................... یانقطه چشمه

چشممممه یبرا PGA > 1g یبرا افزار نرم با( 1-4 انتگرال حل به مربوط اعداد: 6-4 جدول


شمه یبرا PGA > 1g یبرا Baker مثال در( 1-4 انتگرال حل به مربوط اعداد: 7-4 جدول چ


!Error ........... [3] کرامر مثال λ(PHA > 0.01) یبرا یاحتماالت محاسبات جینتا: 8-4 جدول


!Error ........ افزار نرم توسط λ(PHA > 0.01) یبرا یاحتماالت محاسبات جینتا: : 9-4 جدول


ث


!Error ............... افزار نرم توسط یخط سرچشمه یبرا زلزله خطر لیتحل جینتا: 11-4 جدول


!Error ........... افزار نرم توسط یسطح سرچشمه یبرا زلزله خطر لیتحل جینتا: 11-4 جدول


نمودارهاو هاشکلفهرست

نشممان (b) شمم ل و اسممت b و a مفهوم انگریب که شممتریر – گوتنبرگ قانون (a): 1-1 شمم ل

7 .............................. .است یجهان یزیخ لرزه در شتریر گوتنبرگ بازگشت قانون کاربرد دهنده

11 ..................................................... [3] (DSHA) یقطع خطر لیتحل انجام مراحل: 2-1 ش ل

احتمال انگریب شممده زده هیسمما سممط ) نیزم جنبش یها پارامتر یکاهندگ رابطه: 1-2 شمم ل

16 ............................................................................................................................ (است یشرط

17 ...................................................................... ساختگاه تا فاصله مختلف فیتعار: 2-2 ش ل

21 .................................................... تیسا از یرومرکز فاصله با یخط چشمه کی: 3-2 ش ل

24 ....................................................................... [3] یاحتماالت خطر لیتحل مراحل: 4-2 ش ل

ج


ح

(Abbreviations)ا هاختصار و عالئم فهرست

DSHA Deterministic Seismic Hazard Analysis

IIEES International Institute of Earthquake Engineering and Seismology

IM Intensity Measure

IML Intensity Measure Level

IMT Intensity Measure Type

Mb Body Wave Magnitude

MCE Maximum Credible Earthquake

ML Local Magnitude

Ms Surface Wave Magnitude

PDF Probability Density Function

PGA Peak Ground Acceleration

PGD Peak Ground Displacement

PGV Peak Ground Velocity

PSHA Probabilistic Seismic Hazard Analysis

SA Spectral Acceleration

USGS United States Geological Survey

1

تحلیل خطر زلزلهت کلیا : 1 فصل


تحلیل خطر زلزلهت کلیا

2

مقدمه 1-1

زمین لرزه برای سازه ساختگاه در زمین نیرومند جنبش پارامترهای به توجه با زمین لرزه خطر

.شودیم معرفی دارد، وجود سازه مفید عمر طول در آن رویداداحتمال که طرح

در سه بخش خالصه کرد. توانیماثرات زلزله را

شودمیاثراتی که مستقیماً از یک سط جنبش زمین حاصل.

شودمیایجاد هاش لگسلش و یا تغییر اثراتی که بر روی سط زمین ناشی از.

شدن آن معموالًاثراتی که سشروع و یا فعال شخصی از جنبش زمین یلهبه و سط م

.شودمیایجاد 3و یا زمین لغزش 2روانگرایی ،1مانند سونامی

ست. اثرات دیگر به شودمیصحبت 4زمانی که راجع به تحلیل خطر زلزله منظور گزینه اول ا

مقاوم یهاسازه طراحی برای.[1]د شونیممربوط به خود بررسی یهاروشوسیله اطالعات و

سازه عمر طول در رودیم انتظار که زمین نیرومند جنبش شناخت زلزله، برابر در دهد رخ مفید

س برخوردار اییژهو اهمیت از زمین، نیرومند جنبش هاییژگیو شناخت برای راه هترینت. با

هایلرزهینزم رویداد هنگام در ،شتاب جمله از زمین حرکتی پارامترهایر نمودا بدست آوردن

1 Tsunami

2 Liquefaction

3 Land Slide

4 Seismic Hazard Analysis


3

.باشدیم بزرگ تا متوسط

پارامترهای اندازه گیری زمین لرزه 1-2

ه باسممت وجود دارد. برخی هاآنچندین پارامتر برای شممدت زمین لرزه که بیانگر بزرگی و اثر

ستقیم و برخی صورت صورتم ستقیم و به کمک روابط تجربی و از اطالعات ثبت به غیرم

ست هایهشده از زلزل که اندهآمدبر این روابط تجربی گوناگونی به وجود ا . بنآیندیمدیگر بد

یک پارامتر شدت را به پارامتر دیگر نسبت دهند. در ادامه برخی از پارامتر های شدت توانندیم

.[2]م کنییمزلزله را بررسی

L(M( 1بزرگای محلی 1-2-1

ایهه برای زمین لرز 1935در سممال 2ریشممتراسممت که ایهمربوط به رابط LMبزرگای محلی

ئه داد. بزرگای محلی یا ارا کالیفرن ن LMمحلی در گاریتم حداکثر دام بت ایهبه عنوان ل که از ث

کیلومتری مرکز 111که واقع در 4اندرسممون –وود 3لرزه نگار یلهوسمم بهرکوردهای زمین لرزه

،ثانیه 1.8سممطحی زمین لرزه قرار داشممت تعریف شممده اسممت. لرزه نگار باید پریود طبیعی

یک لرزه بابحرانی را دارا باشد. اندازه یک زمینمیرایی %81و ضریب میرایی 2811بزرگنمایی

.[2]د شومیاندازه مرجع مقایسه

MagnitudeLocal 1

Richter 2

eismographS 3

Anderson–Wood 4



4

1-1) ML = log A − log A0

لرزه نگار کوچک اسممتاندارد ثبت شممده یکحسممب می رون که توسممط ر دامنه حداکثر ب Aکه

کیلومتر(. 111)کمتر از د باشمیقدار استانداری است که تابعی از فاصله م 0Aو است

زیر نوشت. به صورترا 1-1رابطه توانیمبر حسب زلزله مرجع

1-2) ML = log A − 2.48 + 2.7 log ∆

فاصله رومرکزی تا محل زلزله نگار است. Δکه

ستفاده LMامروزه از ستفاده از لرزه نگار به دلیل شودمیبندرت ا سون –وود این ه ا یاد ز اندر

. [2]ت رایج نیس

(bM) 1بزرگای امواج حجمی 1-2-2

ست اما شده از نوع ابزار زلزله نگار هاییتمحدود یلبه دلاگر چه بزرگی محلی مفید ا اعمال

خصوصیات جهانی بزرگای زمین لرزه ها را پوشش دهد. تواندینمو محدودیت فاصله

پیشممنهاد ،با پریود بر حسممب ثانیه Pا بر پایه دامنه امواج حجمی ر bM، 3و ریشممتر 2گوتنبرگ

.( (3-1)رابطه دکردن

1-3) Mb = log (A

T) + Q(h, ∆)

Body Wave Magnitude 1

Gutenberg 2

Richter 3


5

و (Δ)تابعی از فاصله Qپریود بر حسب ثانیه و T ،دامنه جنبش زمین بر حسب می رون Aکه

.[2]ت اس (h)عمق

(sM) 1بزرگای امواج سطحی 1-2-3

است.ت صورن یاه برابطه آن ؛ و نیز توسط گوتنبرگ و ریشتر ارائه شد sMبزرگای

1-4) Ms = log (A

T) + 1.66 log ∆ + 20

ثانیه اسمممت که در سمممط زمین و بر 21د با پریو 2افقی موج رایلی مؤلفهبزرگای طیفی Aکه

فاصممله Δپریود موج زلزله بر حسممب ثانیه و T ،اسممت حسممب می رون اندازه گیری شممده

. [2]ت رومرکزی بر حسب کیلومتر اس

)WM( 3بزرگای گشتاوری 1-2-4

یروهای ن سمممت.ا 0M یاه بزرگ اسمممتفاده از ممان لرز هایهبهترین روش اندازه گیری زلزل

ساوی و خالف جهت ایجاد سل م سیختگی گ که به آن کنندیملنگری ایجاد ،شده در طول گ

.شودمیگفته یاه لنگر لرز

1-5) M0 = GUA

طولی ییجاجابه U، عرض( بر حسممب مترمربع× )طول ل مسمماحت گسمم Aکه در این رابطه

Surface Wave Magnitude 1

Rayleigh wave 2

Seismic Moment Magnitude 3



6

ه ری کزرگای گشتاوری توسط لرزه نگاب است. هاسنگمدول صلبیت Gگسل بر حسب متر و

ی ا این وسیله گاهب .شودمیسنجیده کندمیبسیار زیاد را اندازه گیری یهاموجامواجی با طول

.[2]د بیاین ایهک چشمه نقطار زیاد مم ن است به نظر یبا طول گسیختگی بسی ییهاگسل

1-6) 𝑀W =2

3log10 M0 − 6.0

است. N.mبر حسب 0Mکه

زلزله 1شدت 1-2-5

ساس سب اح سانشدت یک زلزله بر ح و زندگی هاسازهقابل رویت آن بر یرتأثاز آن و هاان

سنجیده شامل د.شومیافراد ست و شده ا صالح شدت مرکالی یا مرکالی ا درجه 12واحد

ریخی استفاده تا هایهشدت زلزله مقیاسی است که بیشتر برای پی بردن به بزرگی زلزل .باشدمی

رایج قابل تبدیل است. این درجات شدت زلزله با کمک روابطی به واحدهای بزرگی .شودمی

قانون بازگشت گوتنبرگ ریشتر 1-3

ا کالیفرنی ایهه اطالعاتی از زمین لرز ،بسیار زیاد یهاسال( در فاصله 1944گوتنبرگ و ریشتر )

از ،در طی این دوره هاآنی که بزرگی هایهحسمممب تعداد زلزلر را ب هاآنجمع آوری کرده و

یان هاآنکرد تنظیم نمودند. مقادیر مختلفی تجاوز می هبرای تعریف نرخ تجاوز میانگین سمممال

(mλزلزل )به بزرگی ایهm، .تعداد تجاوز از هر مقدار را بر طول پریود زمانی تقسمممیم کردند

هایهکوچک بیشتر از زلزل هایهسرعت میانگین تجاوز ساالنه زلزل ،رودمیکه انتظار طورینهم

Intensity 1


7

ساالنه زلزلبزر سرعت ست. زمانی که لگاریتم هانآجنوب کالیفرنیا در مقابل اندازه هایهگ ا

.ریشتر به صورت زیر تعریف شد –ترسیم شد یک رابطه خطی مشاهده شد. رابطه گوتنبرگ

1-7) log 𝜆𝑚 = 𝑎 − 𝑏𝑚

یا تربزرگ هایهیانگین ساالنه تعداد زلزلم m، a10نرخ میانگین تجاوز ساالنه از بزرگای mλکه

رگ . قانون گوتنبباشدمیکوچک و بزرگ هایهبیانگر احتمال نسبی زلزل bمساوی صفر است و

شتر در – س 1-1ش ل ری شده ا شان داده تعداد ،شودمیضافه ا b که مقدار طورهمان ت.ن

.[3]د کاهش میاب ترکوچک هایهدر مقایسه با زلزل تربزرگ با اندازه هایهزلزل

نشان دهنده کاربرد قانون بازگشت (b)ل است و شک bو aریشتر که بیانگر مفهوم –قانون گوتنبرگ (a): 1-1شکل

در لرزه خیزی جهانی است.ر گوتنبرگ ریشت



8

تحلیل خطر زلزله 1-4

قیقاً د توانینمآینده را هایهثرات زلزلا رویداد های طبیعی با ماهیت تصممادفی هسممتند. هازلزله

تا حدی این اثرات را پیش بینی نمود. توانیماحتماالتی یهاروشمشخص کرد و تنها با

اثرات زمین توانیم هاآناسممت که به وسممیله ییهاروشتحلیل خطر زلزله شممامل تحقیقات و

شممامل پارامترهای حرکتی زمین اصمموالًآینده را در سمماختگاه تخمین زد. این اثرات ایهه لرز

زلزله پارامتر شمممدتش زمین از باسمممت. در گهشمممته به دلیل فقدان ابزارهای اندازه گیری جن

حداکثر شممتاب زمین ز، ا. بعد از توسممعه ابزار های ثبت اطالعات جنبش زمینشممدیماسممتفاده

PGA)1( در مطالعات تحلیل خطر اسمممتفاده شمممد. حداکثر سمممرعت زمین)2(PGV و حداکثر

،هایهدر پریودهای مختلف سممماز SA)4(شمممتاب طیفی طورینهمو PGD)3(زمین ییجاجابه

.[4]ت اخیر اس یهاسالجنبش زمین در از پارامترهای سنجش یهامثال

تخمین ،5تحلیل ریسممک زلزله ،هاسممازه یاه لرز تحلیل خطر زلزله یک جزء ضممروری طراحی

. تحلیل خطر زلزله برای شودمیمحسوب ن مربوط به آ ایهتلفات و خسارات و محاسبات بیم

،دهدیممعمولی ارائه هایهکه اطالعات مهمی را برای طراحی سممماز یاه لرز هایهتهیه نقشممم

Peak Ground Acceleration 1

Peak Ground Velocity 2

DisplacementPeak Ground 3

Spectral Acceleration 4

Seismic Risk Analysis 5


9

و غیره ایههست هاییروگاهن ،دهامهم مانند س هایهضروری است. طراحی و تخمین امنیت ساز

.باشدمی هاآنوابسته به تحلیل خطر زلزله ساختگاه

تحلیل خطر زلزله یهاروش 1-5

. شممودمیخطر زلزله اسممتفاده به منظور محاسممبه )قطعی( یدو روش اصمملی احتماالتی و تعیین

خطر در تحلیلنی در ادامه توضی داده شده و روش احتماالتی که روش به کار رفته یروش تعی

شرح کامل به طوراین پروژه نرم افزاری است در این فصل به اختصار و در فصل بعد ر زلزله د

.خواهد شدداده

روش تحلیل خطر قطعی زلزله 1-5-1

تعیین حداکثر پارامتر جنبشی زمین ،هدف ،شودمینامیده DSHA1در این روش که به اختصار

ساختگاه در اثر وقوع زمین لرزه کنت ساختگاه 2رلیدر صله از ست که با دو پارامتر بزرگا و فا ا

امتر بعد از وقوع حداکثر پار رودمیاست که انتظار یاه . زلزله کنترلی زمین لرزشودمیتوصیف

.[3]د جاد نمایایه را در ساختگا PGAحرکتی زمین مانند

عواقب هاآنی است که تخریب هایهکه هدف ما ارزیابی ساز رودمیزمانی ب ار DSHAروش

اتمی و سد های بزرگ(. هاییروگاهنانند )مفاجعه باری به همراه داشته باشد

ندینم DSHAروش له کنترلی توا مال وقوع زلز به احت آن و میزان یتموقع ،اطالعاتی راجع

Deterministic Seismic Hazard Analysis 1

Controlling Earthquake 2



11

اثر طورینهممفید سممازه( ارائه کند. ر مشممخص )مانند عملرزش مورد انتظار در فاصممله زمانی

از این روش برای معموالً .شودمیقطعیت در مراحل انجام تحلیل نیز در این روش دیده نم عد

. تحلیل خطر قطعی زلزله شمممودمیاسمممتفاده 1MCE)یا قابل باور( ل محتمتعیین حداکثر زلزله

شدمیمرحله 4دارای س 2-1ش ل که در با شده ا شان داده . این چهار مرحله عبارتند [3]ت ن

از:

شخص نمودن تمامی (1 سایی و م شمهشنا حرکات یجادبه اکه قادر یاه لرز یهاسرچ

شخص نمودن ستند. منظور از م سه هر منبع و پارامترهای یفتعر ،شدید زمین ه هند

از اطالعات بدست آمده از علوم یاه آن است. برای شناسایی یک چشمه لرز یاه لرز

س ،مختلفی مانند ژئوفیزیک شناسی ا شناسی و زمین یات آن که جزئ شودمیتفاده لرزه

در فصل بعد آورده شده است. 1-2جدول در

در اغلب .یاه تا محل برای هر چشممممه لرز یاه چشممممه لرزانتخاب پارامتر فاصمممله (2

اهتا ساختگ یاه فاصله بین منبع لرز ترینیکنزد ،DSHAتحلیل خطر قطعی یهاروش

یا 2یتا مرکز سطحاین فاصله مم ن است بر مبنای فاصله . گیردیممورد استفاده قرار

شد که در 3فاصله کانونی در فصل بعد تعاریف مختلف آن آورده 2-2ش ل و غیره با

شده است.

Maximum Credible Earthquake 1

Epicentaral Distance 2

Focal Distance or Hypocentral Distance 3


11

ب زلزله کنترلی که بر اسمماس مقایسممه میزان ارتعاش تولید شممده توسممط زلزله در انتخا (3

.شودمیفاصله آن از ساختگاه تعیین

سخطر زلزله (4 سایت یلهبه و شده از وقوع زلزله کنترلی در محل پارامتر حرکتی ایجاد

یک یا چند پارامتر حرکتی که از یلهبه وسمم معموالًمشممخصممات آن .شممودمیتعریف

سممرعت و یا شممتاب طیفی برای ،حداکثر شممتاب .آیدیمبدسممت 1روابط کاهندگی

.[3]د شومیتوصیف خطر زلزله استفاده

[3] (DSHA) یتحلیل خطر قطع مراحل انجام: 2-1شکل

Predictive Relationships or Attenuation Relationships 1



12

تحلیل خطر احتماالتی زلزله 1-5-2

مقاوم در برابر زلزله همواره عدم قطعیت در اندازه و موقعیت و اثر هایهبه منظور طراحی سمماز

شدت لرزش یک زلزله در آینده موضوع بسیار مهمی است. هدف روش تحلیل خطر احتماالتی

اسمممت. به منظور ارزیابی خطرپهیری یک هایتقطعبررسمممی و لحای این عدم 1PSHAزلزله

دوده نرخ( تجاوز لرزش زمین در محل سممایت از مح سممازه در مقابل زلزله اول باید احتمال )یا

.[5]م سطوح شتاب مورد نظر را بدست آوری

که به کمک آن شممودمیاین تحلیل نهایتاً به رسممم منحنی خطر زلزله در محل سمماختگاه منجر

ساختگاه که مبنای طراحی توانیم ست را هایهساز یاه لرزطیف طرح خاص در برابر زلزله ا

بیان شده است. ترکاملبدست آورد. جزئیات تحلیل خطر احتماالتی در فصل بعد

زلزله خطر یلتحل ینرم افزار ها ینتدو یشینهپ 1-6

کامپیوتری مختلفی در این زمینه تدوین هایهبرنام PSHAبا توسممعه روش زمانهمدر گهشممته

ستفاده ر ،PSHAبین نرم افزار های اولیه انجام رد شد. شترین ا شت EQRISKبرنامه ا بی که دا

سال سط مک گایر 1976در شده بود 2تو سال .تدوین FRISKآن را با نام مک گایر 8197در

توسعه داد.

Probabilistic Seismic Hazard Analysis 1

McGuire 2


13

سال سخه I SEISRISK Iنرم افزار ،2رکینزپِو 1رندِبِ، 1982در نرم بهبود یافته را که در واقع ن

هایهو در زمان تهیه نقش 3رمیسن و هم ارانتوسط آلگِ 1976 که در سال I SEISRISK افزار

4و هم ارانچیانگ 1984در سممال ملی تحلیل خطر زلزله تدوین شممده بود را توسممعه دادند.

نرم ،رکینزپِو ر ندِبِ، 1987در سال را در دانشگاه استنفورد نوشتند. STASHAبرنامه کامپیوتری

،1996ارائه نمودند. در سمممال را SEISRISK IIIرا ارتقا داده و برنامه SEISRISK IIافزار

USGS5 تحلیل خطر ملی در همان هایهو در حین تدوین نقشممم 6هم ارانو ل فران ِتوسمممط

نرم افزار های و نرم افزاری را ارائه کرد ،سال

EZ-FRISK (Risk Engineering)

CRISIS-2003 (Ordaz et al.) -CRISIS-2007

FRISK88M (Risk Engineering)

.[6]د انرفتهبرای مطالعات تحلیل خطر احتماالتی به کار اخیر یهاسالدر

Bender 1

Perkins 2

Algermissen et al. 3

et al. Chiang 4

United States Geological Survey 5

et al. Frankel 6


14

(PSHA)تحلیل خطر احتماالتی زلزله : 2 فصل

(PSHA)تحلیل خطر احتماالتی زلزله

15

مقدمه 2-1

ریسک برای تخمین 2توسل کرنل 1971اولین بار در دهه PSHA1ه تحلیل خطر احتماالتی زلزل

مسممیر انتشممار موج و ،یاه لرز هایهدر چشممم هایتقطعزلزله و با هدف در نظر گرفتن عدم

ساختگاه سط مک گایر 3الگوریتم فرترن آمد. به وجودشرایط سال 4کرنل تو سعه 1976در تو

ستفاده ستاندارد تحلیل خطر احتماالتی ا بر این ا ن. بشودمیپیدا کرد و تا امروز به عنوان روش ا

.[7]د شناسنیم «مک گایر -کرنل»ش روعنوان هبمدرن را PSHAگاهی

روش تحلیل 2-2

بین پارامتر های جنبش زمین و ایهرابط ،یعنی ،رسمممیدن به منحنی خطر زلزله PSHAهدف

به وسممیله روابط آماری و توزیع که باشممدمی افزایش جنبش زمین از سممط مورد نظر احتمال

.[7]د. شومیتعیین هاآناحتماالت

ست.رابطه ،PSHAرابطه آماری در ینترمهم شت پارامترهای جنبش زمین ا حرکت زمین بازگ

Y ا به عنوان تابعی از بزرگM فاصممله منبع تا سمماختگاه وR با عدم قطعیتE د شممومیمدل

ANALYSISPROBABILISTIC SEISMIC HAZARD 1

Cornell C.A 2

FORTRAN 3

McGuire 4



16

.(1-2رابطه)

2-1) ln(Y) = f (M, R) + E

. شودمیل دم ln,Yσانحراف معیار وبه صورت یک توزیع نرمال با میانگین صفر Eعدم قطعیت

-2بر این رابطه ا بن.(1-2)رابطهدارد 1نرمال –توزیعی لوگ Yبر این عدم قطعیت در پارامتر ا بن

.[7]ت نوش 2-2معادله به صورت توانیما ر 1

2-2) ln(Y) = f (M, R) + nσ ln,Y

اسممت که به عنوان فاصممله از میانه رابطه ln,Y(σ(عداد انحراف از معیارهاییت )عدد ثابت( nکه

اسممت که تعاریف یاه فاصممله سمماختگاه تا منبع لرز Rو اسممت ثبت شممده f(M,R) کاهندگی

.[8]ت آورده شده اس 2-2ش ل مختلف آن در

)سطح سایه زده شده بیانگر احتمال شرطی است( رابطه کاهندگی پارامتر های جنبش زمین: 1-2شکل

normal distribution-log 1


17

یاه اه تا منبع لرزگف فاصله ساختیانواع تعار

: تعاریف مختلف فاصله تا ساختگاه 2-2شکل

1R(1گسل با سط زمین )رد گسل ع: فاصله سایت تا محل تقاط

R2 2: فاصله کانونی

R3 صله تا تصویر مرکز انرژی بر روی سط زمینا: ف

R4 3: فاصله رومرکزی

Fault Trace 1

Focal Distance or Hypocentral Distance 2




18

R5 فاصله تا مرکز انرژی :

تخمین میزان احتمال تجاوز پارامتر حرکتی زمین از سممط مورد نظر PSHAمرحله کلیدی در

P[Y ≥ y] تخمین احتمال تجاوز برای یک تابع اسممت. ( 2-2و1-2از رابطه کاهندگی )روابط

ن اسمممت. طبق رابطه توزیع چند متغیره مثل رابطه کاهندگی بسمممیار مشممم ل و گاهی غیر مم

زیر بیان به صمممورت Eو M، Rترکیبی برای ،تابع چگالی احتمالِ( 1971) 1بنجامین و کرنل

.[7]د شومی

2-3) fM,R,E(m, r, ε) = 𝑓𝑀(𝑚)𝑓𝑅(𝑟)𝑓𝐸(𝜀)

صورتی که ستقل E و Rو Mتنها در شندمتغیرهای م به ترتیب 𝑓𝐸(𝜀)و 𝑓𝑀(𝑚) ،𝑓𝑅(𝑟) .با

.باشندیم Eو عدم قطعیت R، فاصله Mبزرگا (PDF)توابع چگالی احتمال

از رابطه زیر حاصل P[Y ≥ y]))ر بنابراین احتمال تجاوز پارامتر حرکتی زمین از سط مورد نظ

.شودمی

2-4) P[Y ≥ y] = ∭ 𝑓𝑀(𝑚)𝑓𝑅(𝑟)𝑓𝐸(𝜀). H(ln Y(m,r,ε) − ln Y] dmdrdε

H(lnکه Y(m,r,ε) − ln Y] سایدهو یاتابع پله ست و 2ی صورتی که مقدار آن ا lnدر Y(m,r,ε)

ln کمتر از Yشودمیاست. به دلیل این ه فرض 1صورت ن صفر و در غیر ای ،باشد E از توزیع

)Benjamin and Cornell (1970 1

Heaviside step function 2


19

.[7]د شومیبه صورت زیر تعیین Eبرای PDF ،کندمینرمال پیروی

2-5) 𝑓𝐸(𝜀) =

1

√2𝛱σln y

𝑒[−

ln 𝑦−ln 𝑦𝑚,𝑟2

2𝜎ln 𝑦2 ]

− ∞ ≤ 𝜀 ≤ +∞

)ln که در آن ym,r) = f(m, r)ت.اس

-با یک رابطه بازگشمممت زلزله مثل رابطه بازگشمممت گوتنبرگ Mبرای تابع چگالی احتمال

.شودمیریشتر به صورت زیر نوشته –. رابطه گوتنبرگ شودمیتعیین 1ریشتر

2-6) λ = 1

𝜏= 𝑒𝛼−𝛽𝑀 𝑚0 ≤ 𝑀 ≤ 𝑚𝑚𝑎𝑥

و 0mثابت و βو M، α با بزرگای یا مسممماوی تربزرگ یهایهتعداد تجمعی زمین لرز λکه

maxm 6-2رابطه ینبه ا. با توجه باشندیمبزرگای حداقل و حداکثر ،به ترتیب)، PDF برای M

به صورت زیر است.

2-7) 𝑓𝑀(𝑚) =𝛽𝑒−𝛽(𝑚−𝑚0)

1−𝑒−𝛽(𝑚𝑚𝑎𝑥−𝑚0) 𝑚0 ≤ 𝑚 ≤ 𝑚𝑚𝑎𝑥

و هندسه آن یاه است و بستگی به نوع چشمه لرز تریچیدهپ Rبرای تابع چگالی احتمال تعیین

نوشت: طورینارا Rبرای PDF توانیم 3-2ش ل نشان داده شده در دارد. برای گسل

2-8) 𝑓𝑅(𝑟) =r

L√r2−402 𝑑 ≤ 𝑟 ≤ 𝑟0

relationship recurrence Richter-Gutenberg 1



21

از سایت 1: یک چشمه خطی با فاصله رومرکزی 3-2شکل

شتن سایت و بنابراین با دا شت موقعیت شمه و رابطه بازگ سه چ ستفاده از هازلزلههند یک و ا

ساسی P[Y ≥ y] توانیمرابطه کاهندگی به صورت توانیمرا PSHAرا بدست آورد. رابطه ا

.[7]ت زیر نوش

2-9) γ(𝑦) = ∑ 𝜈𝑃[𝑌 ≥ 𝑦] = ∑ 𝜈 ∬{1 −

∫1

√2𝛱σln y𝑒

[−ln 𝑦−ln 𝑦𝑚,𝑟

2

2𝜎ln 𝑦2 ]

𝑦

0𝑑(ln 𝑦)} 𝑓𝑀(𝑚)𝑓𝑅(𝑟)dmdr

میانگین ،2خیزینرخ لرزه ،νو y) ≥ (Yحرکتی مورد نظر پارامتراحتمال تجاوز سمماالنه از γکه

: است که برابر است بایا بیشتر و minM یی با بزرگاهایهنرخ وقوع زمین لرز

2-11) 𝜈 = 𝑒𝛼−𝛽𝑚0


ateRctivity A 2


21

2-11) 𝑡𝑟(𝑦) = 1/(∑ 𝜈 ∬{1 − ∫

1

√2𝛱σln y𝑒

[−ln 𝑦−ln 𝑦𝑚,𝑟

2

2𝜎ln 𝑦2 ]

𝑦

0𝑑(ln 𝑦)} 𝑓𝑀(𝑚)𝑓𝑅(𝑟)dmdr)

به 11-2، در نظر گرفته شممود آنگاه رابطه 0Tبا دوره بازگشممت 1اگر تنها یک زلزله سممرشممتی

.شودمیصورت عبارت زیر نوشته

2-12) 𝑡𝑟(𝑦) = 𝑇0

1 − ∫1

√2𝛱σln y

𝑒[−

ln 𝑦−ln 𝑦𝑚,𝑟2

2𝜎ln 𝑦2 ]

𝑑(ln 𝑦)𝑦

0

سر احتمال تجاوز پارامتر حرکتی زمین با شده Rو Mکه در آن مخرج ک سایه زده سمت )ق

است.( 1-2ش ل رد

خالصه مراحل انجام تحلیل خطر احتماالتی 2-3

.[3] به شرح زیر خالصه نمود (4-2ش ل ) مرحله 4در توانیمرا PSHAروش

یاه لرز یهاچشمهشناسایی 2-3-1

شمه لرز نمایش داده 1-2جدول نقش دارند که در یاه پارامتر های گوناگونی در تعیین یک چ

.در بیشممتر موارد توزیع احتمالی ی سممانی به تمام هندسممه چشمممه نسممبت داده [9]ت شممده اسمم

ست که احتمال و شودمی سمتتمامی ر وقوع زلزله داین بدین معنا شمه وجود دارد. یهاق چ

شمه ترکیب هایعتوزاین سی چ ش ل هند شمه تا شوندیم با صله چ تا توزیع احتمال برای فا

سایت بدست آید.

characteristic earthquake 1



22

چشمه سطحی هاگسل

عمق مساحت شکل عمق زاویه طول فعالیت موقعیت نوع اطالعات

زمین شناسی/ بررسی از راه دور

X X X X X X نقشه برداری دقیق

X X X X X یختاطالعات زمین ریخت شنا

X X X X اطالعات گیسختگی های دوران کواترنری

X X X X هاگسلاطالعات مربوط به گودال

X X اطالعات باستان شناسی

X X X اطالعات روانگرایی

X X X هاگمانهحفر

X X X X ع س برداری هوایی

X X X ع اسی هوایی در زاویه کم خورشید

X X X ایهتصاویر ماهوار

X X X X X X ایهاطالعات ساختار ناحی

X X X X اطالعات مقاطع عرضی موازنه شده

ژئوفیزیکی

X X X X ایهپتانسیل منطق یهادانیماطالعات

X X X X X پتانسیل موضعی یهادانیماطالعات

X X X X اطالعات ان ساری با وضوح باال

X X X اطالعات ان ساری استاندارد

X X X X X اطالعات ان ساری عمیق پوسته

X X X X X X X هاکرنشو هااندازهاطالعات ت تونی ی ابعاد و

X ایهناحی یهاتنشاطالعات

لرزه شناسی

X ایهاطالعات منع س شده فاز پوست

X X X X تاریخی هایهزلزل

X ایهاطالعات دورلرز

X X X X X X X ایهاطالعات لرزه نگاری شب ه منطق

X X X X X X اطالعات لرزه نگاری شب ه محلی

X X اطالعات م انیزم کانونی

یاه در شناسایی یک چشمه لرز هاآناطالعات کلی و کاربرد : 1-2جدول


23

و لرزه خیزی 1رابطه بازگشت 2-3-2

. یک رابطه بازگشتشوندیمبررسی هازلزلهلرزه خیزی یا توزیع زمانی رویداد ،در این مرحله

ست سکه آیدیمبد شخص تعیین ،آن یلهبه و و شودمیمیانگین وقوع یک زلزله با بزرگای م

. از رابطه بازگشمممت برای گیردیمبرای تعیین لرزه خیزی هر پهنه لرزه زا مورد اسمممتفاده قرار

مقدار محدود ینبه ااما پارامتر های لرزه خیزی ،شممودمینیز اسممتفاده 2تعیین بزرگای حداکثر

.شودمین

رابطه کاهندگی 2-3-3

تعیین پارامتر حرکتی ایجاد شمممده زمین حاصمممل از وقوع هر زلزله با هر بزرگا و فاصمممله از

موجود در روابط هاییتقطع مدع .گیردیمبه کمک روابط کاهندگی صمممورت ،سممماختگاه

.شودمیلحای PSHAکاهندگی نیز در محاسبات

محاسبه پارامترهای حرکتی زمین 2-3-4

و پارامتر حرکتی بدسمممت آمده از ،عدم قطعیت در موقعیت زمین لرزه و بزرگای آن ،در انتها

ا هم ترکیب شممده تا احتمال تجاوز پارامتر حرکتی از حد مورد انتظار در یک ، برابطه کاهندگی

ه زمانی مشخص شود.دور

Recurrence Relationship 1

Maximum Magnitude 2



24

[3]: مراحل تحلیل خطر احتماالتی 4-2شکل

1استفاده از مدل پوآسون 2-4

سون تعریف ساختاری شوندیموقوع زمانی زمین لرزه ها اکثراً با یک مدل پوآ سون . مدل پوآ

سونی پیروی ست که از فرآیند پوآ ر مقادیر و بیانگ کنندیمساده برای ارزیابی احتمال وقایعی ا

رویداد مشخص در یک دوره زمانی مشخص تصادفی برای توصیف تعداد وقوع یک یرمتغیک

Poisson Model 1


25

با عدم قطعیت زمانی سممروکار PSHA. از جایی که در [3]ت یا در یک م ان مشممخص اسمم

کاربردهای م انی آن مد نظر ما نخواهد بود. خواص فرآیند های پوآسونی عبارتند از: ،داریم

از تعداد رویدادها در هر بازه زمانی دیگر مستقل است. ،تعداد رویدادها در یک بازه زمانی (1

با طول آن بازه زمانی متناسب است. ،کوتاهاحتمال وقوع در یک بازه زمانی خیلی (2

از احتمال وقوع بیش از یک رویداد در یک دوره زمانی خیلی کوتاه صمممرف نظر توانیم (3

نمود.

این خصوصیات بیانگر این است که وقایع در فرآیند پوآسون به صورت تصادفی و بدون هیچ

ر یک فرآیند د .دهندیمقبلی رخ هایرویدادموقعیت و اندازه نسمممبت به ،گی زمانیتوابسممم

مشممخص در بازه زمانی ایهه تصممادفی که بیانگر وقوع زمین لرز یرمتغیک احتمال ،پوآسممونی

.شودمیزیر بیان به صورت ،مشخص است

2-13) 𝑃[𝑁 = 𝑛] = 𝜇𝑛𝑒−𝜇

𝑛!

. زمان بین وقایع در یک باشمممدمیمیانگین تعداد رویداد زمین لرزه در آن بازه زمانی ،μه ک

با یک توزیع نمایی نمایش داد. برای تعیین مشخصات توزیع زمانی توانیمفرآیند پوآسونی را

نشمممان 14-2 به صمممورت رابطه معموالًاحتمال پوآسمممونی را ،PSHAوقوع زمین لرزه ها در

.دهندیم

2-14) 𝑃[𝑁 = 𝑛] =

(𝜆𝑡)𝑛𝑒−𝜆𝑡

𝑛!

بازه زمانی مورد نظر اسممت. احتمال وقوع t میانگین نرخ وقوع زمین لرزه و λکه در این رابطه



26

.[3]د شومینشان داده 15-2نیز با رابطه tحداقل یک رویداد در بازه زمانی

2-15) 𝑃[𝑁 ≥ 1] = 𝑃[𝑁 = 1] + 𝑃[𝑁 = 2] + 𝑃[𝑁 = 3] + ⋯ + 𝑃[𝑁 = ∞]

= 1 − 𝑃[𝑁 = 0] = 1 − 𝑒−𝜆𝑡

مدل توانیم ،تجاوز بزرگای زمین لرزه از حد مشمممخصمممی باشمممدوقتی که رویداد مورد نظر

پوآسممون را با رابطه بازگشممت مناسممبی ترکیب نمود تا احتمال حداقل یک بار وقوع در دوره

زیر محاسبه شود. صورتسال به t زمانی

2-16) 𝑃[𝑁 ≥ 1] = 1 − 𝑒−𝜆𝑚.𝑡

رتوسط نرم افزا PSHAفلوچارت مراحل انجام تحلیل

27


psha هلزل یتلاامتحا طخ لیلحت شور حیشت article.pdf · ېزېز رڱخ...

Documents