Về ảnh hưởng của địa hình tới dao động nền

Mục đích chính của nghiên cứu là chỉ ra những ảnh hưởng của điều kiện địa hình, đồng thời bước đầu thiết lập cơ sở cho công tác đánh giá ảnh hưởng của điều kiện địa hình tại những vị trí cụ thể ở Việt Nam sau này, phục vụ công tác thiết kế chống động đất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Về ảnh hưởng của địa hình tới dao động nền34(3), 281-286Tạp chí CÁC KHOA HỌC VỀ TRÁI ĐẤT9-2012VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA HÌNH TỚI DAO ĐỘNG NỀNNGUYỄN CÔNG THĂNG1, PHẠM ĐÌNH NGUYỄN2E-mail: thangtr05@yahoo.com.vn1Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam2Viện Vật lý Địa cầu - Viện Khoa học và Công nghệ Việt NamNgày nhận bài: 9 - 7 - 20121. Mở đầuTrong lĩnh vực địa chấn công trình, để phục vụcông tác quy hoạch và thiết kế chống động đất, cácnhà địa chấn cần xác định được các đặc trưng daođộng nền do động đất sinh ra tại các vị trí quan tâm[6]. Để làm được điều đó, cần phải biết quá trìnhsóng địa chấn lan truyền từ vị trí động đất có thểphát sinh tới vị trí cần khảo sát. Quá trình này cóthể được phân làm hai giai đoạn: (i) Sóng địa chấnlan truyền ở phần sâu của Trái Đất, từ vị trí độngđất phát sinh tới nền đá gốc bên dưới vị trí quantâm. Môi trường truyền sóng trong giai đoạn nàythường phù hợp với mô hình chung cho khu vựchoặc toàn cầu; (ii) Sóng địa chấn lan truyền từ nềnđá gốc bên dưới vị trí quan tâm tới mặt đất. Môitrường truyền sóng trong giai đoạn này thường cótính đặc thù địa phương, đặc trưng bởi một số yếutố chi phối trường sóng địa chấn như đặc điểmphân bố và tính chất vật lý của các lớp đất đá bêntrên đá gốc, điều kiện địa hình trên mặt [1, 3, 5, 8,10-14]. Trong công tác đánh giá độ nguy hiểmđộng đất cho các vùng phục vụ công tác quyhoạch, các nhà địa chấn thường dừng lại ở giaiđoạn thứ nhất nêu trên. Tuy vậy, trong công tácphân vùng chi tiết động đất và xác định các thamsố địa chấn phục vụ thiết kế chống động đất cầnphải tính đến những ảnh hưởng của các yếu tố địaphương. Một trong các yếu tố địa phương được cholà có ảnh hưởng tới dao động nền là điều kiện địahình của mặt đất [1, 5].Ở Việt Nam, hoạt động động đất mạnh mẽ nhấtthường diễn ra ở các vùng miền núi, nơi có đặc thùvề địa hình khá phức tạp (xem: Cơ sở dữ liệu chocác giải pháp giảm nhẹ hậu quả động đất ở ViệtNam của Nguyễn Đình Xuyên và nnk, 1996 và[17]. Cho đến nay, mặc dù đã có rất nhiều côngtrình đánh giá độ nguy hiểm động đất được thựchiện cho các đô thị và công trình quan trọng ởnước ta (chẳng hạn: Phân vùng dự báo chi tiết độngđất ở vùng Tây Bắc của Nguyễn Ngọc Thủy vànnk, 2005; Cơ sở dữ liệu cho các giải pháp giảmnhẹ hậu quả động đất ở Việt Nam của NguyễnĐình Xuyên và nnk, 1996; Nghiên cứu dự báođộng đất và dao động nền ở Việt Nam của NguyễnĐình Xuyên và nnk, 2004; [15] và [17] nhưng chưacó nghiên cứu nào tiến hành đánh giá ảnh hưởngcủa điều kiện địa hình mặt đất tới dao động nền(sau đây gọi tắt là ảnh hưởng của điều kiện địahình). Trong khuôn khổ bài báo này, trước hếtchúng tôi giới thiệu một phương pháp cho phépđánh giá ảnh hưởng của điều kiện địa hình trongđiều kiện các quan trắc về địa chấn ở Việt Nam cònrất hạn chế, đó là phương pháp mô phỏng quá trìnhlan truyền sóng địa chấn trong không gian ba chiều(3D) sử dụng các tính toán số trên lưới phi cấu trúc[4]. Sau đó, chúng tôi ứng dụng phương pháp nàyđể khảo sát những biến động của một trường sóngđịa chấn đơn giản sinh ra bởi một sóng phẳng P khithay đổi các mô hình địa hình trên mặt một cách cóhệ thống. Mục đích chính của nghiên cứu là chỉ ranhững ảnh hưởng của điều kiện địa hình, đồng thờibước đầu thiết lập cơ sở cho công tác đánh giá ảnhhưởng của điều kiện địa hình tại những vị trí cụ thểở Việt Nam sau này, phục vụ công tác thiết kếchống động đất.2. Phương phápĐể đánh giá được ảnh hưởng của điều kiện địahình, người ta cần so sánh băng ghi tín hiệu địachấn do cùng một nguồn phát sinh ra, cùng lantruyền trong một môi trường truyền sóng, nhưng có281sự khác biệt về địa hình trên mặt nơi đặt các máyghi địa chấn. Ở những khu vực miền núi có mạnglưới trạm quan trắc địa chấn đủ dày, ảnh hưởng nàycó thể thấy được qua các băng ghi dao động nềnkhi động đất hoặc các vụ nổ nhân tạo lớn xảy ra.Trong trường hợp không có được các quan trắc địachấn như vậy, để đánh giá ảnh hưởng của điều kiệnđịa hình cần thực hiện các mô phỏng quá trình lantruyền sóng địa chấn trong không gian 3D.Trong vòng vài thập kỷ qua, cùng với sự pháttriển mạnh mẽ của công nghệ máy tính, nhiềuphương pháp tính toán số đã được phát triển phụcvụ mô hình hóa các quá trình lan truyền sóng địachấn. Một số phương pháp tiêu biểu có thể đề cậpở đây gồm có phương pháp sai phân hữu hạn [16],phương pháp giả phổ Fourier [2], phương phápphần tử hữu hạn [9], phương pháp phần tử phổ [7].Gần đây, một phương pháp kết hợp giữa phươngpháp phần tử hữu hạn rời rạc Galerkin và phươngpháp sử dụng các đạo hàm bậc cao tùy ý cho tínhtoán dòng chảy (được gọi tắt là phương phápADER-DG) đã được xây dựng và nhanh chóng nổitiếng vì những ưu điểm trong việc mô phỏng quátrình lan truyền sóng địa chấn trong môi trườngđàn hồi nói chung cũng như trong môi trường bấtđồng nhất và có cấu trúc phức tạp [3-5]. Trongnghiên cứu này, phương pháp ADER-DG sẽ đượcchúng tôi sử dụng để đán ...