Geotechnical Earthquake Engineering

مهندسی زلزله به اثرات زلزله بر افراد و محیط زیست آن ها و روش های کاهش اثرات آن می پردازد. این رشته نیز یک رشته بسیار جوان است که بسیاری از مهم ترین پیشرفت های آن در 30 تا 40 سال گذشته رخ داده است. مهندسی زلزله یک رشته بسیار گسترده است که از جنبه های زمین شناسی، زلزله شناسی، مهندسی ژئوتکنیک، مهندسی سازه، تحلیل ریسک و سایر زمینه های فنی استفاده می کند. اجرای آن نیز مستلزم در نظر گرفتن عوامل اجتماعی، اقتصادی و سیاسی است. اکثر مهندسین زلزله از پیشینه مهندسی سازه یا مهندسی ژئوتکنیک وارد این عرصه شده اند که این واقعیت در عملکرد مهندسی زلزله نمود پیدا می کند. کتاب مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای کرامر جنبه های ژئوتکنیکی مهندسی زلزله را پوشش می دهد. اگرچه مخاطبان اصلی آن دانشجویان و شاغلین مهندسی ژئوتکنیک هستند، اما حاوی اطلاعات زیادی است که باید مورد توجه مهندس سازه و زلزله باشد.

در مقایسه با اکثر رشته های مهندسی عمران، مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای بسیار جدید تر است. در حالی که اثرات مخرب و خطرات زمین لرزه برای قرن ها بر همگان آشکار و شناخته شده است، سهم قابل توجه خاک در بزرگی و الگوی خسارت زلزله تا همین اواخر به طور گسترده ای مورد توجه قرار نگرفته است. به دنبال زمین لرزه های مخرب در سال 1964 در نیگاتا، ژاپن و آلاسکا، و به دلیل رشد صنعت انرژی هسته ای در دهه های 1960 و 1970، زمینه مهندسی زلزله ژئوتکنیکی به سرعت رشد کرد. اگرچه هنوز چیزهای زیادی برای آموختن باقی مانده است، اما این زمینه به حدی رسیده است که نظریه ها و روش های تحلیلی پذیرفته شده عمومی اکنون برای بسیاری از مسائل مهم وجود دارد.

هدف این کتاب آشنایی خواننده با مفاهیم، ​​نظریه ها و رویه های مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای است. این کتاب برای استفاده به عنوان متن در دوره های تحصیلات تکمیلی مهندسی زلزله ژئوتکنیک و به عنوان کتاب مرجع برای مهندسان شاغل در نظر گرفته شده است. با توجه به اینکه مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای یک رشته گسترده و چند رشته ای است، این کتاب از زلزله شناسی، زمین شناسی، مهندسی سازه، تجزیه و تحلیل ریسک و سایر رشته های فنی مطالبی را استخراج نموده است.

این کتاب در سطحی مناسب برای دانشجویان با دانشی معادل دانش‌آموزان ارشد مهندسی عمران نوشته شده است. دانشجو باید دروس پایه مکانیک خاک، مهندسی سازه و هیدرولیک را گذرانده باشد. دوره های مقدماتی زمین شناسی و احتمال / آمار نیز مفید خواهد بود. بسیاری از دانشجویان فارغ التحصیل تا زمانی که تحصیل در مهندسی زلزله ژئوتکنیکی را آغاز می کنند، دوره هایی در زمینه دینامیک سازه یا دینامیک خاک گذرانده اند. برای آن دسته از خوانندگان بدون مواجهه قبلی، مقدمه ای بر نام‌گذاری و ریاضیات سیستم‌های دینامیکی، دینامیک ساختاری و احتمال در سه ضمیمه ارائه شده است.

پیکربندی کتاب به دو دسته اصلی تقسیم می شود. ضمیمه ها و شش فصل اول اصول بنیادی لرزه شناسی، حرکت زمین، دینامیک و رفتار خاک را ارائه می کنند. کاربرد های این اصول برای مشکلات عملی که معمولاً در عمل مهندسی ژئوتکنیکی لرزه ای با آن مواجه می شوند در شش فصل آخر ارائه شده است.

فصل 1 خواننده را با انواع آسیب‌هایی که می‌تواند در هنگام زلزله رخ دهد و مشکلاتی که برای مهندسین زلزله ژئوتکنیک ایجاد می‌کند آشنا می‌کند. مفاهیم اساسی لرزه شناسی زلزله و اصطلاحات مورد استفاده برای توصیف زمین لرزه‌ها و اثرات آن ها در فصل 2 توضیح داده شده است. تجزیه و تحلیل خطر لرزه ای قطعی و احتمالی در فصل 4 ارائه شده است. فصل 5 خواننده را با مقوله انتشار امواج آشنا می کند، که با امواج ساده بدنه تک بعدی در مواد همگن شروع می شود و به امواج سطحی و سیستم های چند بعدی و لایه ای گسترش می یابد. خواص خاک که رفتار انتشار موج خود را کنترل می کند در فصل 6 توضیح داده شده است. روش های میدانی و آزمایشگاهی برای اندازه گیری این خواص نیز توضیح داده شده است.

فصل 7 روش هایی را برای تجزیه و تحلیل پاسخ زمین در هنگام زلزله ارائه می کند که با تجزیه و تحلیل پاسخ زمین یک بعدی شروع می شود و از تجزیه و تحلیل پاسخ دینامیکی دو بعدی و سه بعدی عبور می کند. هر دو رویکرد دامنه فرکانس و زمان توضیح داده شده است. فصل 7 با مقدمه ای بر مفاهیم اساسی و اثرات متقابل ساختار خاک به پایان می رسد. اثرات شرایط محلی خاک بر روی حرکات زمین و آسیب زلزله در فصل 8 توضیح داده شده است. فصل 8 همچنین مفهوم حرکات زمین طراحی و نحوه به دست آوردن آن ها از تجزیه و تحلیل های خاص سایت و از کدهای ساختمانی را معرفی می کند. فصل 9 به روانگرایی می پردازد و با یک چارچوب مفهومی برای درک پدیده های مختلف مرتبط با روانگرایی آغاز می شود و سپس روش های عملی برای ارزیابی خطرات روانگرایی ارائه می کند. پایداری لرزه ای شیب ها در فصل 10 و طراحی لرزه ای سازه های نگهدارنده در فصل 11 پوشش داده شده است. فصل 12 روش‌های متداول بهسازی خاک را برای کاهش خطرات لرزه ای معرفی می کند.

این کتاب اولین کتابی است که به طور صریح به موضوع مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای پرداخته است. در طول آماده سازی آن، زمان و تلاش زیادی به تصمیم گیری در مورد محتوا و نحوه سازمان دهی کتاب اختصاص یافته است. قالب نهایی طبیعتاً ترجیحات نویسنده را منعکس می کند، اما متن توسط بسیاری از مهندسان دانشگاهی و حرفه ای بازبینی شده است. تهیه متن همچنین شامل تفسیر زیادی از اطلاعات از منابع مختلف می باشد. در حالی که متن تفسیر خود نویسنده از این اطلاعات را منعکس می کند، به آن ارجاع داده شده است تا به خوانندگان اجازه دهد پیش زمینه یا اطلاعات دقیق تر در مورد موضوعات مختلف مهندسی زلزله ژئوتکنیکی را بررسی کنند.

دو حرکت زمین از زلزله Loma Prieta، یکی از نظر رخنمون سنگ و دیگری از سطح یک توده عمیق خاک در نزدیکی محل زلزله، برای نشان دادن تعدادی از مفاهیم در سراسر کتاب استفاده شده است. تفاوت در دامنه، محتویات فرکانس و مدت زمان حرکات در فصل 3 مورد تأکید قرار گرفته است. دلایل این تفاوت ها بعداً در فصل های 7 و 8 آشکار می شود. این کتاب همچنین بر استفاده از توابع انتقال، به ویژه در حل پاسخ زمین تأکید می کند. چالش ها و مسائل رویکرد تابع انتقال به دانش‌آموزان کمک می‌کند تا درک کامل‌تری از پاسخ زمین در حوزه فرکانس و همچنین حوزه زمان ایجاد کنند. با ظهور برنامه های رایانه ای مانند MATLAB، MathCad و Mathematica، تحلیل های فوریه مورد نیاز در رویکرد تابع انتقال بسیار ساده است. دانش آموزان از MATLAB به طور گسترده در درس دینامیک خاک و مهندسی زلزله ژئوتکنیک نویسنده استفاده می کنند.

کتاب شامل مثال های کار شده و مسائل مختلف جهت ارائه تکلیف به دانشجو  می باشد. مثال‌ها برای تفهیم موضوعات اساسی و مشکلاتی است که به آن‌ها می‌پردازند، طراحی شده اند. برای اینکه بتوان نتایج را بررسی کرد، تعدادی از مسائل، شامل محاسباتی است که با ارقام مهم‌تری نسبت به دقت رویه‌ها (و داده‌های ورودی معمولی) توجیه می شود. با این حال، بسیاری از مشکلات مهم مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای، به صورت یک تکلیف کوتاه و کاملاً تعریف شده ای که به آسانی در یک کتاب قرار می گیرد، نیست.