- آب و غذای یکسان در اختیار تمام آزمودنی ها قرار گرفت.
- ابزار و وسایل مورد استفاده در این پژوهش از قبیل دماسنج، رطوبت سنج، کرونومتر و کیت الایزا از دقت و روایی لازم برخوردار بودند.
۱-۷- محدودیت های تحقیق
اگرچه در تحقیق حاضر بسیاری از متغیرها از قبیل: گونه، نژاد، جنس، وزن، عوامل محیطی (صدا، نور، رطوبت، دما)، عوامل محیطی (نوع، مدت و شدت فعالیت ورزشی)، و برنامه غذایی تحت کنترل بودند. با این وجود پژوهش حاضر با محدودیت های ذیل مواجه بوده است:
- عدم اندازه گیری میزان آب مصرف شده هر یک از موش های گروه های شامل کادمیوم
- عدم اندازه گیری میزان جذب کادمیوم و سیلیمارین در آزمودنی ها
۱-۸- تعریف واژه ­ها و اصطلاحات پژوهش
۱-۸-۱- واژه ها و اصطلاح های نظری
۱-۸-۱-۱- متالوتیونین: پروتئین درون سلولی غنی از سیستئین با وزن مولکولی پایین است که توسط خانواده ژن های حداقل ۱۰ ایزوفرم اصلی در بدن کدگذاری می شود. [۱۰]
۱-۸-۱-۲- کادمیوم: یک فلز سمی سنگین با عملکردهای بیولوژیکی ویژه که در انسان و حیوان از طریق آب و غذا وارد بدن شده و موجب عدم تعادل وضعیت اکسیدانت ـ آنتی اکسیدانت بدن می شود. [۱۷]
۱-۸-۱-۳- سیلیمارین: یکی از ترکیبات مشتق از گیاه خار مریم که ویژگی آنتی اکسیدانتی و عملکردهای بازسازی سلولی دارد و از طریق اصلاح چرخه سلولی و پروتئین های مرتبط با آن فعالیت ضد سرطانی قوی بر علیه سلول های سرطانی اعمال می کند. [۳۰]
۱-۸-۲- واژه ها و اصطلاحات عملیاتی
۱-۸-۲-۱- تمرین استقامتی شنای زیر بیشینه: این تمرین شامل یک دوره برنامه سه هفته ای تمرینات شنابود که ۵ جلسه در هفته و به مدت ۶۰ دقیقه در هر جلسه انجام گردید.
۱-۸-۲-۲- موش های صحرایی: موش های صحرایی ماده بالغ نژاد ویستار با میانگین وزن تقریبی۱۹۰گرم بودند که از مرکز انستیتو پاستور آمل تهیه و به صورت تصادفی به گروه های موردنظر تقسیم شدند.
۱-۸-۲-۳- سیلیمارین: ترکیبی مشتق از گیاه خار مریم که به میزان ۱۰۰ میلی گرم بر کیلوگرم وزن بدن سه بار در هفته به رت ها در دوران بارداری و شیرخوارگی تزریق شد.
۱-۸-۲-۴- کادمیوم: یک فلز سمی سنگین که به میزان ۴۰۰ میلی گرم بر کیلوگرم وزن بدن به صورت محلول در آب آشامیدنی در اختیار رت ها قرار گرفت.
فصل دوم
مبانی نظری و پیشینه پژوهش
۲-۱- مقدمه
مطالعات قبلی نشان دادند که برهم خوردن مسمومیت به وسیله­ فلزات سنگین موجود در محیط موجب آسیب به بسیاری از اندام ها بویژه بافت ریه می گردد.[۶] در این فصل ابتدا مبانی نظری پدیده استرس اکسایشی ناشی از مسمومیت فلزات سنگین بخصوص کادمیوم و عوامل مرتبط با آن و نیز نقش ورزش و مکمل های غذایی آنتی اکسیدانی در تولید و حذف رادیکال های آزاد و تاثیر آنها روی دستگاه آنتی اکسیدانی ارائه و در ادامه نیز به پژوهش های انجام شده در خصوص تاثیرات کادمیوم بر ریه و اثر تمرینات استقامتی و مکمل سیلیمارین بر دفاع آنتی اکسیدانی در بافت ریه اشاره می شود.
۲-۲- مبانی نظری پژوهش
در ابتدا به ساختار ریه و اهمیت آن در رشد جنین و سلامت، کادمیوم و اثرات آن بر سلامت بخصوص بر جنین و بافت ریه، متالوتیونین و ارتباط آن با ورزش و رشد ریه، سیلیمارین و همچنین سازوکارهای اثر آنها اشاره می شود.
۲-۲-۱- ریه و اهمیت آن در رشد جنین
ریه ها یکی از مهمترین اندام های بدن انسانند که وظیفه­ی تنفس را به عهده دارند. یک تئوری جالب این است که نیروی محرکه موجب ایجاد فشار در داخل سپتوم می گردد. یک چنین نیروی محرکه ای برای رشد سپتال علاوه بر الاستین و فاکتور رشد ناشی از پلاکت^[۱۵]، می تواند از رشد عروق خونی در پارانشیم ریه­ی دیستال نیر بهره گیرد. شواهد اخیر نشان می­ دهند که عروق خونی ریه به طور فعالی موجب افزایش رشد آلوئولی نرمال و منجر به حفظ ساختارهای آلوئولی در طول زندگی می گردند[۳۱]. این حقیقت که تعامل بین راه های هوایی و عروق خونی برای رشد طبیعی ریه ضروری است، پیشنهاد می کند که آنژیوژنز ممکن است برای آلوئولی شدن طبیعی مهم بوده و تخریب آنژیوژنز ممکن است منجر به کاهش آلوئولی شدن گردد. نقش فاکتور رشد اندوتلیال عروقی^[۱۶](VEGF) در رشد ساختار عروقی جنینی به اثبات رسیده و نشان داده شده که غیر فعال کردن VEGF در زندگی بعد از تولد منجر به افزاش مرگ و میر، کاهش رشد بدن و تخریب رشد و نمو اندام­ها می گردد[۳۱].
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۲-۲-۲- ساختار بافت شناسی ریه
قسمت زیادی از حفره­ی سینه ای با ریه های راست و چپ پر شده است. ریه پستانداران از بخش های راه های هوایی داخل ریوی، ناحیه­ی تبادل گاز (پارانشیم)^[۱۷] و پرده­ی جنب^[۱۸] تشکیل می شود. راه های هوایی داخل ریوی (برونش ها و برونشیول ها) تقریباً ۶ درصد از ریه را اشغال کرده اند. ناحیه تبادل گاز شامل برونشیول های تنفسی، مجاری آلوئولی، کیسه های آلوئولی و آلوئول ها تقریب از۸۵ درصد از ریه را تشکیل می دهند. بافت ریه به وسیله­ لایه ای از بافت همبند محصور شده که توسط سلول های مزوتلیال پوشیده شده است. علاوه بر این موارد، اعصاب داخل ریوی و بافت عروقی (سرخرگ و سیاهرگ های ریوی و سرخرگ های برونشیال) ۹ تا ۱۰ درصد باقی مانده­ی ریه را می سازند. هر برونشیول به چندین برونشیول انتهایی کوچک تر تقسیم می شود که کمتراز ۵/۰ میلیمتر قطر داشته و پایانه بخش هدایتی دستگاه تنفس را تشکیل می دهند. این ساختاره، هوا را برای سینوس های ریوی که انشعابات فرعی لوبول ریوی هستند فراهم می کنند. بافت پوششی برونشیول های انتهایی، از سلول های کلارا و سلول های مکعبی تشکیل شده است که برخی مژکدار هستند. پارین، از بافت پیوندی فیبرو الاستیک تشکیل شده است و به وسیله یک یا دو لایه سلول ماهیچه صاف، احاطه شده است. برونشیول های انتهایی، منشعب می شوند تا به برونشیول های تنفسی تبدیل شوند [۳۲].
بخش تنفسی دستگاه تنفس از برونشیول های تنفسی، مجاری آلوئولی، کیسه های آلوئولی و آلوئولها تشکیل شده است. برونشیول های تنفسی از لحاظ ساختار به برونشیول های انتهایی، شباهت دارند. با این تفاوت که دیواره­ی آنها به دلیل وجود ساختارهای کیسه ای شکل نازکی به نام آلوئول که در آنها، گازها می توانند مبادله شوند گسسته شده است. همچنان که برونشیول های تنفسی، منشعب می شوند، قطر آنها کاهش یافته و تعداد آلوئول های آنها افزاشی می یابد. در پی انشعابات متعدد، هر برونشیول تنفسی، به یک مجرای آلوئولی پایان می یابد. مجاری آلوئولی، از خود دیواره نداشته و تنها از آرایش خطی آلوئول ها حاصل می شوند. عناصر نازک بافت پیوندی موجود بین آلوئول ها، دیواره های بین آلوئولی را تقویت کرده و تا اندازه­ای سبب پایداری آن می شود. آلوئول ها واحد ساختاری و کارکردی اصلی دستگاه تنفس را تشکیل می دهند، چرا که دیواره های نازک آنها امکان تبادل دی اکسید کربن و اکسیژن را بین هوای موجود در حفره­ی داخلی آنها و خون موجود در مویرگ های مجاور، فراهم می کنند. زیاد بودن تعداد آلوئول ها، اغلب سبب فشرده شدن آنها در کنار هم و حذف بافت پیوندی بین بافتی آنها می شود. در چنین نواحی تماسی، فضاهای هوای دو آلوئول از راه یک منفذ آلوئولی که قطر آن از ۸ تا ۶۰ میکرومتر متغیر است با یکدیگر ارتباط می یابند. این منافذ، احتمالاً در راستای موازنه­ی فشار هوا در داخل قطعات ریوی، عمل می کنند. از آنجا که آلوئول ها و مویرگ ها از سلول های پوششی تشکیل شده اند، به وسیله یک لایه­ی قاعده­ای مشخص پوشیده شده ­اند. مدخل آلوئول های مربوط به کیسه های آلوئولی، برخلاف مدخل آلوئول های برونشیول های تنفسی و مجاری آلوئولی، سلول ماهیچه­ی صاف ندارد. در عوض این مدخل به وسیله­ رشته های الاستیک، احاطه شده است. دیواره­ی آلوئول ها از دو نوع سلول به نام نموسویت های نوع I و نموسیت های نوع II تشکیل شده است. نزدیک به ۹۵ درصد سطح آلوئولی، از بافت پوششی سنگفرشی ساده، تشکیل شده است که سلول های آن نموسیت نوع I (سلول های آلوئولی نوع I یا سلول های آلوئولی سنگفرشی) نامیده می شوند. ضخامت سلول های این بافت پوششی بسیار کم است به گونه ­ای که سیتوپلاسم آنها ممکن است تا ۸۰ نانومتر ضخامت داشته باشد. منطقه­ مربوط به هسته، پهن­تر بوده و بیشتر اندامک های سلول، شامل شمار اندکی میتوکندری، اندکی اجزای شبکه اندوپلاسمیک خشن (RER) و یک دستگاه گلژی کوچک را در خود جای داده است [۳۲].این سلول ها، اتصالات انسدادی را با یکدیگر تشکیل داده و به این روش از نشت مایع خارج سلولی (مایع بافتی )به حفره­ی داخلی آلوئول، جلوگیری می کنند. لبه­ی هر منفذ آلوئولی با الحاق غشاهای سلولی دو نموسیت نوع I تشکیل می شود که به طور تنگاتنگ مجاور هم قرار گرفته و به دو آلوئول جداگانه تعلق دارند. اگرچه شمار نموسیت های نوع II بیشتر از نموسیت های نوع I است، اما تنها نزدیک به ۵ درصد آلوئول را اشغال می کنند. این سلول های مکعبی، بین نموسیت های نوع I پراکنده شده و اتصالات انسدادی را با آنها تشکیل می دهند. سطح گنبدی شکل راسی آنها به درون حفره­ی داخلی آلوئول، بیرون زده است. آنها معمولاً در مناطقی قرار گرفته­اند که آلوئول های مجاور، به وسیله­ یک دیواره از هم جدا شده ­اند و سطحی از آنها که به طرف حفره­ی داخلی قرار گرفته، به وسیله­ لایه­ی قاعده­ای پوشیده شده است. میکروگراف های الکترونی نموسیت های نوع II ، میکروویلی راسی کوتاهی را نشان می دهند. این سلول ها دارای یک هسته­ی مرکزی، مقدار فراوانی اجزای شبکه اندوپلاسمیک خشن، یک دستگاه گلژی کاملاً تکامل یافته و میتوکندری هستند[۳۲] . آشکارترین ویژگی این سلول ها، وجود اجسام لایه­ای غشادار است که حاوی سورفکتانت ریوی هستند که فراورده­ی ترشحی این سلول­ها است. سورفکتانت ریوی که درون شبکه اندوپلاسمیک خشن نموسیت های نوع II ساخته می شود، به طور عمده از فسفو لیپیدها، دی پالمیتوئیل فسفاتیدیل کولین و فسفاتیدیل گلیسرول و چهار پروتئین منحصر به فرد، به نام پروتئین های سورفکتانت A, B, C, D ساخته شده است. این ترکیب، در دستگاه گلژی، تغییر یافته و سپس از شبکه گلژی ترانس به درون وزیکول های ترشحی به نام اجسام مرکب از پیش ساز اجسام لایه­ای هستند، آزاد می شود. مونوسیت هایی که به بافت بینابینی ریه راه می یابند به ماکروفاژهای آلوئولی (سلول های غباری) تبدیل شده، بین نموسیت های نوع I مهاجرت کرده و وارد حفره داخلی آلوئول می شوند. این سلول ها، ذرات ریز، مانند غبار و باکتری ها را فاگوسیتوز کرده و در نتیجه، سبب برقراری یک محیط استریل در ریه ها می شوند .همچنین این سلول ها به نموسیت های نوع I در جذب سورفکتانت کمک می کنند. روزانه نزدیک به ۱۰۰ میلیون ماکروفاژ به برونش ها مهاجرت کرده و به وسیله فعالیت مژک ها به حلق منتقل می شوند تا بلعیده شده یا از راه خلط، دفع شوند. اما برخی از ماکروفاژهای آلوئولی دوباره وارد بافت بینابینی ریه شده و به رگ های لنفی مهاجرت می کنند تا از ریه ها خارج شوند. ماکروفاژهای آلوئولی افرادی که از احتقان ریوی و نارسایی احتقانی قلب رنج می برند، دارای گلبول های قرمز خارج عروقی فاگوسیتوز شده هستند.این ماکروفاژها اغلب سلول های نارسایی قلبی نامیده می شوند. آمفیزم نوعی بیماری است که معمولاً به دنبال مواجهه­ دراز مدت با دود سیگار و دیگر مهار کننده های پرتئین آلفا ۱ـ آنتی تریپسین ایجاد می شود. این پروتئین، ریه ها را در برابر نابودی رشته های الاستیک به وسیله الاستاز ساخته شده به وسیله سلول های غباری، محافظت می کند. بافت ریوی در اشخاصی که از آمفیزم رنج می برند، کشسانی کمتری داشته و کیسه های بزرگ پر از مایعی را نشان می دهد که سبب کاهش توانایی تبادل گاز در بخش تنفسی دستگاه تنفس می شوند. دیواره­ی بین آلوئولی منطقه ای است بین دو آلوئول مجاور که در هر دو سو به وسیله­ بافت پوششی آلوئولی مفروش شده است. دیواره­ی بین آلوئولی، ممکن است بسیار باریک بوده و تنها یک مویرگ پیوسته و غشاء پایه­ آن را در خود جای داده باشد یا ممکن است تا حدی پهن­تر بوده و در برگیرنده­ی عناصر بافت پیوندی مانند کلاژن نوع ۳ و رشته های الاستیک، ماکروفاژها، فیبروبلاست ها (و میوفیبروبلاست ها)، مست سل ها و عناصر لنفوئید باشد[۳۲] .
۲-۲-۳- رادیکال های آزاد
رادیکال آزاد عبارتند از هر اتم یا مولکولی که حاوی یک یا چند الکترون جفت نشده در مدار آخر خود باشد این مواد از نظر شیمایی بسیار فعال و ناپایدار بوده. به سرعت با مولکول های دیگر از طریق دادن یا گرفتن الکترون واکنش نشان می دهند. [۳۳; ۳۴]
تولید انواع زیادی از رادیکال های آزاد محصول سوخت و ساز طبیعی در دستگاه های بیولوژیکی بوده و دارای عملکرد فیزیولوژیکی مهم متعددی می باشد. تجمع رادیکال های بیش از حد نیاز موجب آسیب لیپیدها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک می شود. [۳۵]
از مهمترین اثرات رادیکال های آزاد می توان به پراکسیداسیون لیپیدی اشاره کرد که به تخریب غشاء سلولی منجر می شود. [۳۶]
هنگام تنفس اکسیژن به شکل آب احیا می شود برای تولید آب چهار الکترون موردنیاز است اگر به جای چهار الکترون یک ،دو یا سه الکترون به اکسیژن اضافه شود رادیکال های آزاد سوپراکسید ( _۲O ) هیدروژن پراکسید ( _۲O₂H) و رادیکال های آزاد هیدروکسیل (OH) تولید می شوند [۳۶].
جداسازی اتم هیدروژن از اسید چرب غیر اشباع توسط رادیکال های آزاد با ایجاد آندو پراکسیداز و سپس تخریب طیف وسیعی از مواد کتون ها، اترها، آلدهیدها انجام می شود [۳۷].
باید توجه داشته که تجزیه آندو پراکسیدازهای چربی که حداقل ۳ گروه مستقل دارند منجر به تولید مالون دی آلدهید می گردد[۳۴].
اثرات مضر رادیکال های آزاد باعث ایجاد آسیب بالقوه بیولوژیک می شود که اصطلاحاً به استرس اکسایشی و استرس نیتروژنی معروف است (ROS – RON) این حالت زمانی در دستگاه های بیولوژیک رخ می دهد که تولید بیش از حد ROS و RON از یک سو و نارسایی آنتی اکسیدان های آنزیمی و غیرآنزیمی از سوی دیگر رخ دهد. افزایش بیش از حد ROS استرس اکسایشی می تواند باعث ایجاد بیماری مانند سرطان، دیابت و یا بیماری های التهابی از قبیل بیماری قلب و عروق و روماتوئید آرتریت و بیماری های آلزایمر و پارکینسون و کهولت شود[۳۸].
۲-۲-۳-۱- استرس اکسایشی و فلزات سنگین
میلیون ها نفر در دنیا در معرض سطوح بالای فلزات سنگین در آب آشامیدنی شان قرار دارند. بنابراین، پایه کیفیت آب آشامیدنی و کشف فلزات سنگین در آن از موضوعات بسیار مهم برای حفظ سلامتی انسان است. منابع اصلی فلزات سنگین در آب آشامیدنی، آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی با فاضلاب های صنعتی و زائدات کشاورزی می باشد. مطالعات زیادی نشان داده که فلزات سنگین قادر به تولید ROS در بدن انسان بوده و می توانند آسیب های جدی به سلامت انسان وارد کنند[۲].
همچنین نشان داده شده که بیشتر این آسیب ها با مصرف روزانه­ی آنتی اکسیدان قابل پیشگیری است[۳۹]. تاثیرات آلوده ساز و سرطان زای فلزات زیادی مانند آلومینیوم، آرسنیک، کروم، نیکل، سلنیوم و کادمیوم قبلاً به اثبات رسیده است[۲]. کادمیوم یکی از مهمترین آلاینده های صنعتی و محیطی است و یکی از سمی ترین فلزات سنگین محسوب می شود. کادمیوم تاثیرات منفی زیادی بر سلامتی انسان دارد. این فلز در کلیه و اندام های جنسی انباشته شده و موجب نارسایی های کلیوی و نکروز بیضه­ای می گردد[۳]. آن همچنین باعث افزایش ناباروری، سقط جنین، کاهش شمار اسپرم ها، استئومالاژی، استئوپروز و آنمی می گردد و شواهد به دست آمده همچنین پیشنهاد می کند که سمیت کادمیوم می تواند بر اندام هایی مانند کبد، ریه و اندام های خون ساز نیز تأثیر گذارد[۱; ۳; ۱۸].
۲-۲-۴- استرس اکسایشی از آلاینده های زیستی و تاثیر آن بر بافت ریه
ریه بیشتر از بافت های دیگر در معرض تنش بالای اکسیژن قرار دارد. اکسیدان ها و آلاینده ها، باعث افزایش متعاقب تولید اکسیدان و ایجاد التهاب سلولی به وسیله ساخت رادیکال های آزاد می شوند. عواملی مانند هایپراکسی، سیگار کشیدن و برخی داروها با واکنشهای بینابینی فیبروتیک ریه در ارتباط اند[۴۰]. چندین گونه­ اکسیژن واکنشی (ROS) مهم در این شرایط به طور درون زاد تولید می شوند. آنها شامل رادیکال سوپراکساید، پراکساید هیدروژن (H2O2) و رادیکال هیدروکسیل می باشند. مسیرهای آنزیمی مهمی که می توانند با تولید ROS در ریه انسان فعال شوند شامل نیکوتامید آدنین دی نوکلئوتید فسفات اکسیداز، میلو پراکسیداز، ایزینوفیل پراکسیداز، زنجیره انتقال الکترون میتوکندریایی و احتمالاً زانتین اکسیداز می باشد[۴۰]. سیتوکروم های غشاهای هسته ای و میکروزومی هم می توانند ROS تولید کنند و این واکنش های چرخه­ی اکسایش ـ کاهش ممکن است با بیماری های بینابینی ریه­ی ناشی از دارو یا سیگار مرتبط باشند. شماری از گونه های نیتروژن واکنشی (RNS) ، مثل پرکسی نیتریت، می تواندبه وسیله­ واکنش سوپراکساید با نیتریک اکساید (NO) تشکیل شوند[۴۰]. بیشتر NO به وسیله­ شکل القایی نیتریک اکساید سنتاز (iNOS, NOS2) ، تشکیل مخصوصاً در حالت های التهابی ریه تولید می شود. اشکال ساختاری NOS به میزان زیادی در سلول های ریوی انسان بیان و در تنظیم سیگنالینگ سلولی در هموستاز سلول های نرمال دیده شده ­اند. به طور کلی، بازه­ی وسیعی از اکسیدان ها در پاسخ به آسیب های منجر به فیبروز ریوی آزاد و می توانند چندین ژن مرتبط با مرگ سلولی، رشد سلولی و تکثیر فیبروبلاست را فعال کنند[۴۰].
ROS و RNS ترکیبات فیزیولوژیکی و عوامل خطرزای چندین بیماری تنفسی می باشند. دستگاه تنفسی به خوبی توسط مکانیسم های آنزیمی و غیر آنزیمی حمایت می شود اما افزایش بار گونه های واکنشی درون زاد و برون زاد موجب عدم توازن حالت اکسیدانی / غیر اکسیدانی در سیگاری ها و بیمارانی با بیماری ریوی ساختمانی مزمن (COPD)^[19] می شود [۴۱]. هر یک از رادیکال ها موجب بیماری یا آسیب خاصی در ریه می گردند که خلاصه ای از این آسیب ها در جدول شماره ۲-۱ نشان داده شده است[۴۱]
جدول ۲-۱ دخالت احتمالی رادیکال ها در آسیب ها یا بیماری های ریوی[۴۱]

شکل ‏۳‑۳ : پالس موجود در رکورد سرعت در زلزله بم
در شکل ‏۳‑۴ ، مولفه سرعت ثبت شده در زلزله ۱۹۸۹ لوماپریتا در سایت های مختلف، و همچنین تصویر هندسی گسل ایجاد کننده زمین لرزه را نشان می دهد [۲۸]. همان طور که مشاهده می شود، در نزدیکی مرکز زمین لرزه و همچنین در انتهای سمت چپ گسل، رکوردهای زمین لرزه فاقد پالس جهت داری می باشند. این در حالی است که در انتهای سمت راست گسل، رکوردهای زمین لرزه دارای پالس های بزرگی هستند که ناشی از اثر جهت داری به وجود آمده اند.
۳۷
۳۷٫۲
۳۶٫۸
۳۷٫۴
-۱۲۲٫۵
-۱۲۲
-۱۲۱٫۵
km
۲۰
۰
۰
Sec
۳۰
شکل ‏۳‑۴: اثر جهت داری در تاریخچه زمانی سرعت در زلزله ۱۹۸۹ لوماپریتا [۲۸]

اثر جابجایی ماندگار

اولین شواهد لرزه شناختی پدیده جابجایی ماندگار زمین لرزه توسط بنیوف [۳۳] در سال ۱۹۵۵ گزارش گردید. وی نشان داد که انتشار پارگی گسل به عنوان یک منبع در حال حرکت، به زمین لرزه های متفاوتی در دو سمت منطقه گسلش و با اختلاف زیاد در محتوای فرکانس رکوردها می انجامد. پدیده جابجایی ماندگار می تواند باعث ایجاد یک نیم پالس در تاریخچه زمانی سرعت زمین لرزه گردد. در مورد پدیده جابجایی ماندگار تکتونیکی این نکته دارای اهمیت است که موقعیت ساختگاه نسبت به جهت گسلش ارتباطی به جابجایی های مورد نظر نداشته و فقط بزرگا، نوع گسلش و میزان فاصله از سطح گسلش در مقدار جابجایی های ماندگار عوامل موثر تلقی می گردند. به این معنا که در فواصل بیشتر از ۵ کیلومتر از سطح گسلش از اثر این پدیده تا حد زیادی به دلیل افزایش فاصله کاسته می­ شود. جابجایی ماندگار تکتونیکی در مولفه موازی گسل نمایان می شود و دارای ذات و ماهیت استاتیکی است. تفاوت این پدیده با پدیده جهت داری این است که پدیده جهت داری در مولفه عمود بر امتداد گسلش رخ می دهد و دارای ذات و ماهیت دینامیکی است. مهم ترین اثرات پدیده جابجایی ماندگار تکتونیکی عبارتند از جابجایی مشخص در طول گسل، نشست ناهمگن، اعوجاج زمین، ترک خوردگی زمین و ایجاد کرنش های فشاری و کششی در زمین. از بین این موارد جابجایی ناهمگن و کرنش های زمین جزء مخرب ترین آثار جابجایی ماندگار تکتونیکی می باشند. جابجایی ماندگار تکتونیکی حاصل یک جابجایی استاتیکی در زمین است و ویژگی عمده ناشی از آن وجود یک پالس یک جهته (نیم پالس) در تاریخچه زمانی سرعت زمین لرزه، و یک پله یکنواخت در تاریخچه زمانی جابجایی زمین لرزه می باشد. شکل ‏۳‑۵ مولفه های شتاب، سرعت و جابجایی زلزله ۱۹۹۹ چی چی ثبت شده در ایستگاه TCU068 در فاصله ۳ کیلومتری از گسل را نشان می دهد. همان گونه که مشاهده می شود، تاریخچه زمانی سرعت این زمین لرزه دارای یک پالس یک جهته با دامنه نوسان بالا می باشد که وجود این پالس باعث ایجاد یک گام پله مانند (تغییر مکان ماندگار) در تاریخچه زمانی جابجایی شده است.
شکل ‏۳‑۵ : نمودار شتاب، سرعت و جابه جایی مولفه نمادین زلزله نزدیک گسل
شکل ‏۳‑۶۶(a) گسلی امتداد لغز و ۱۲ ایستگاه ثبت زمین لرزه ناشی لغزش این گسل را نشان می دهد[۷]. شکل ‏۳‑۶۶ (b) تاریخچه زمانی سرعت مولفه موازی با گسل زمین لرزه های تولید شده در این ایستگاه ها را نشان می دهد. همان طور که ملاحظه می شود، در فواصل نزدیک گسل وجود پالس جابجایی ماندگار در تاریخچه زمانی سرعت کاملا مشهود است. با افزایش فاصله از گسل، به مرور پالس جابجایی ماندگار نیز از بین می رود. به طوری که در فاصله ۱۲ کیلومتری از گسل، اثر جابجایی ماندگار در تاریخچه زمانی سرعت مشاهده نمی شود.
شکل ‏۳‑۶ : اثر جابجایی ماندگار در تاریخچه زمانی سرعت مولفه موازی با گسل زمین لرزه[۷]
به سبب عدم وجود وجود اطلاعات لازم و کافی در مورد زلزله های حوزه نزدیک گسل به ویژه در کشوری مانند ایران که مدت زیادی از ثبت و مطالعه زلزله های رخ داده نمی گذرد، تولید زلزله های (شتابنگاشت) سازگار با چشمه لرزه زا، نوع گسلش، ابعاد گسلش، اثرات عبور مسیر موج و اثرات نوع خاک زیر ساختگاه از اهمیت ویژه ای برخوردار می شود. تولید زلزله (شتابنگاشت) در فاصله های دور از گسل شامل جهت داری، جابجایی ماندگار تکتونیکی و همچنین افزایش فرکانس در پیش سوی و کاهش آن در پس سوی که به پدیده داپلر^[۱۷] معروف می باشد به ندرت مطالعه و بررسی شده است. این آثار برای سازه های بلند ممکن است تا حدود ۴ برابر افزایش داشته باشد. در تحقیق حاظر با بهره گرفتن از روش های تحلیلی ریاضی اثرات نزدیکی به گسل در تاریخچه­زمانی شتابنگاشت های شبیه سازی شده لحاظ می گردد و با بهره گرفتن از آنها اثرات جابجایی ماندگار و جهت داری بررسی می گردد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

فصل چهارم : روش های تولید زلزله

مقدمه

ویژگی های جنبش نیرومند زمین برای طراحی سازه­ها و مطالعه خصوصیات چشمه زمین لرزه از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. ناهمگن بودن ساختار لایه های زمین، لایه ای بودن پوسته، وجود چین­ها، گسل­ها، موج های انعکاسی، شکست مرزی، موج های تبدیل یافته و فرایند پیچیده کاهندگی برروی تخمین پارامترهای جنبش نیرومند زمین تاثیر می گذارند. با توجه به ویژگی های جنبش نیرومند زمین روش هایی برای تخمین آنها معرفی شده است. این روش ها شامل روش های تجربی و تئوری می باشد. در روش های تجربی پارامتر جنبش نیرومند زمین به صورت تابعی تجربی از فاصله، بزرگای، نوع خاک، سازوکار برای منطقه مورد نظر و براساس پارامترهای جنبش نیرومند زمین بدست آمده از زمین لرزه­های رخ داده شده در آن منطقه برآورد می گردد. در صورتی که در روش­های تئوری با در نظر گرفتن اطلاعات مربوط به چشمه زمین لرزه، انتشار امواج بین چشمه، سایت و شرایط ساختگاهی، جنبش نیرومند زمین شبیه سازی می گردد. مزیت روش تئوری بر روش تجربی در این است که با در نظر گرفتن اطلاعات مربوط به چشمه، مسیر و شرایط ساختگاهی پارامتر جنبش نیرومند زمین با دقت بیشتری تخمین زده می شود.
امروزه با افزایش توان محاسبات، توسعه ابزارهای تحلیل غیرخطی سازه ها و همچنین پیدایش روش مهندسی زلزله بر اساس عمکرد، استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی در بین مهندسان کاربرد گسترده ای پیدا کرده است (به خصوص زمانی که انتظار رفتار غیر خطی از سازه وجود دارد). با این حال، این روش تحلیل نیازمند تاریخچه زمانی تحریک زمین لرزه به عنوان ورودی تحلیل می باشد. سوال اساسی این است که از چه تاریخچه زمانی تحریکی برای ورودی تحلیل استفاده شود که خصوصیات زمین لرزه آینده وارده به سازه را منعکس نماید. برای این منظور، مهندسان بر اساس معیار های انتخاب مخصوص ساختگاه (مانند بزرگا، فاصله، نوع خاک، وضعیت تکتونیکی منطقه و…)، از مجموعه ای از شتابنگاشت هایی که در زلزله های گذشته ثبت شده است استفاده می نمایند[۳۴, ۳۵]. این در حالیست که مشخصات زمین لرزه برای سناریوهای مختلف بسیار متفاوت است و تعداد کافی زمین لرزه ثبت شده برای سناریوها و ساختگاه های متفاوت در دسترس نمی باشد. در اثر محدود بودن تعداد زمین لرزه های ثبت شده، مهندسین اغلب مجبور به انتخاب رکورد از مکان هایی غیر از مکان پروژه و اصلاح آن با روش های مقیاس کردن یا تطبیق دادن با طیف طرح می باشند [۳۴]. با افزایش آگاهی در مورد مشخصات خطر در منطقه و در نتیجه افزایش تعداد پارامترهایی که خصوصیات خطر زمین لرزه در ساختگاه را مشخص می نمایند، تعداد شتابنگاشت هایی که می توان از زمین لرزه های ثبت شده انتخاب نمود، کاهش می یابد. برای اینکه تعداد رکوردهای انتخاب شده معقول باشد (از نظر آماری معقول و مناسب باشد)، مهندسان مجبورند که یا معیارهای جستجو را کاهش دهند و یا محدوده جستجوی خود را گسترش دهند. علاوه بر این، رکوردها اغلب بایستی مقیاس و اصلاح شوند. برای سازه ای که قرار است بر روی یک شرایط ساختگاه (نوع خاک) به خصوص ساخته شود، مقیاس کردن رکوردی که روی سنگ واقع شده است، به هیچ عنوان نمی تواند اطلاعات خاک را منعکس نماید. همچنین مطالعات زیادی [۳۶, ۳۷]، نشان داده اند که در فواصل نزدیک به گسل و در فرکانس های مورد علاقه مهندسی، اثرات زلزله نزدیک گسل غیر قابل چشم پوشی است. توجه شود که امروزه با رشد مراکز عمده جمعیتی در نزدیکی گسل های فعال، به طور قابل توجهی احتمال وقوع یک زمین لرزه قوی نزدیک به یک شهر بزرگ در آینده افزایش پیدا کرده است. مقیاس کردن رکوردی که در منطقه ای دور از گسل ثبت شده است، به هیج عنوان اثرات زلزله نزدیک گسل را در خود انعکاس نمی دهد. از طرفی به دلیل آن که تحلیل غیر خطی دینامیکی به مشخصات بار لرزه ای حساس می باشد، در ارائه واقعی زمین لرزه بایستی دقت لازم لحاظ شود. برای اجتناب از این مشکل، رویکرد دیگر استفاده از زمین لرزه مصنوعی به صورت مکمل یا به جای نگاشت های ثبت شده می باشد. نگاشت های تولید شده به کمک روش های شبیه سازی زمین لرزه، بر خلاف رکوردهای مقیاس شده که مشخصات فیزیکی زمین لرزه را در خود ندارند، خصوصیات فیزیکی چشمه، مسیر و سایت زمین لرزه را انعکاس می دهد. به همین علت استفاده از آن ها در تحلیل می تواند مشکل کمبود تعداد رکورد زمین لرزه برای ساختگاه را حل نماید.
در سال های اخیر تکنیک های شبیه سازی زمین لرزه زیادی برای کاربردهای مهندسی توسعه داده شده اند [۷, ۳۸]. مزیت چنین تکنیک هایی این است که خصوصیات فیزیکی زمین لرزه را در خود انعکاس می دهند و همچنین می توان از آن ها برای مناطقی که رکورد ثبت شده کافی وجود ندارد (مانند مناطق نزدیک گسل) استفاده نمود.
وقوع زمین لرزه ناشی از شکست سریع گسل و انتشار امواج تولید شده در سراسر محیط کره زمین می­باشد. بنابراین مسئله مدلسازی زمین لرزه شامل مدل سازی چشمه لرزه زا و همچنین مدل سازی انتشار امواج لرزه ای آزاد شده از چشمه در محیط زمین می باشد. در مدل سازی چشمه زمین لرزه ایده­آل این است که چشمه به صورت دینامیکی مدل شود. به این معنی که وضعیت تنش ها و کرنش­ها و همچنین مقاومت سنگ در محاسبات لحاظ شوند. ولی به دلیل اینکه تعیین وضعیت تنش ها و کرنش­ها و همچنین خصوصیات دقیق لایه ای سنگی در منطقه بسیار پیچیده است و در حال حاضر عدم قطعیت های بسیاری در این زمینه وجود دارد، در حال حاضر معمولا مدل های کینماتیکی چشمه^[۱۸] در مدل سازی ها وارد می شوند. در مدل های کینماتیکی توزیع لغزش روی صفحه گسل در شبیه­سازی لحاظ می شود و این توزیع به صورت تابعی از تنش ایجاد کننده لغزش در نظر گرفته نمی شود. این مدل ها اثر توابع جابجایی در سطح گسل را بدون در نظر گرفتن ملاحظات فیزیکی تنش، فراهم می نمایند. علی رغم حذف شرایط دینامیکی گسلش، مدل های کینماتیکی نتایج مهمی در تفسیر حرکت توانمند زمین ناشی از زلزله های حوزه نزدیک گسل و برآورد توزیع لغزش و گسترش گسیختگی بر روی صفحه گسل را به همراه دارند. در این چشمه، توزیع لغزش روی صفحه گسل به صورت تابعی از تنش های تکتونیکی منطقه در نظر گرفته و مدل ها میزان لغزش هر بخش از گسل و تغییرات آن با زمان، از روش های حل معکوس (که در آن ها از رکوردهای ثبت شده زمین لرزه برای تعیین توزیع لغزش استفاده می شود) و یا مدل های توسعه داده شده برای سناریوهای مختلف زمین لرزه تعیین می­شوند. این در حالیست که در مدل دینامیکی می شود. در این مدل ها توزیع لغزش به صورت تابعی از افت تنش^[۱۹] در منطقه مدل می شود[۳۹, ۴۰].
روش های مختلفی برای ایجاد رکوردهای مصنوعی بر اساس سینماتیک چشمه توسط محققین ارائه شده است. این روش های شبیه سازی مبتنی بر چشمه را می توان به سه دسته کلی روش های مبتنی بر مربع فرکانس^[۲۰] ، روش های مبتنی بر تابع گرین تجربی^[۲۱] و روش های مبتنی بر تابع گرین نظری^[۲۲] تقسیم بندی نمود. مدل مربع فرکانس توسط بور [۴۱]با فرض نقطه ای بودن سطح گسلش ارائه شد و در گذر زمان توسط تعداد زیادی از پژوهشگران توسعه داده شد. این مدل توسط اتکینسون و برسنو[۴۲, ۴۳] به روش گسل محدود^[۲۳] توسعه داده شد. روش های شبیه سازی مبتنی بر تابع تجربی گرین در ابتدا توسط ایریکورا [۴۴] پیشنهاد شد و در ادامه توسط دیگر پژوهشگران [۴۵, ۴۶] توسعه داده شد. اساس این روش بر این پایه استوار است که پس لرزه ها و یا پیش لرزه های زلزله اصلی که در ایستگاه های همجوار ثبت شده است را انتخاب و هر یک را به یک سری ریز گسل انتقال و در نهایت آنها را با بهره گرفتن از تاخیر فازهایی که متناسب با طول مسیر موج است در ایستگاه جمع می نماید. مزیت این روش آن است که نیازی به شناخت لایه های خاک ساختگاه ندارد و بنابراین نیازی به پرداختن به مسیر عبور موج نیست. این روش ها قابلیت تولید شتابنگاشت هایی با فرکانس های بیشتر از یک هرتز را دارند. با این حال این روش در تولید شتابنگاشت با فرکانس پایین از دقت مناسبی برخوردار نمی باشند. از این رو برای تولید شتابنگاشت های با فرکانس پایین نیاز به استفاده از روش دیگری می باشد. روش شبیه سازی گرین مبتنی بر تابع نظری اخیراً توسط تعداد معدودی از پژوهشگران ارائه شده است. در این روش مؤلفه های حرکت زمین در ساختگاه با بهره گرفتن از حل عددی توابع گرین به دست می آیند. بوچون و اکی [۴۷]روشی را برای محاسبه توابع گرین با محاسبات کاهش یافته ریاضی ارائه نمودند. اسپودیچ [۴۸]روشی ارائه نمود که در آن قابلیت تولید هر سه مؤلفه زمین لرزه (دو مؤلفه افقی و یک مؤلفه قائم) در فرکانس های پایین وجود دارد. با توجه به اینکه برخی از مدل های یاد شده در بالا توانایی بیشتری در تولید شتابنگاشت هایی با فرکانس های بالا، و برخی دیگر توانایی بیشتری در تولید شتابنگاشت هایی با فرکانس های پایین را دارند، اخیراً برخی از پژوهشگران از ترکیب این مدل ها برای تولید تاریخچه زمانی تحریک دارای محدوده وسیع فرکانسی در حوزه دور و نزدیک گسل استفاده نمودند [۴۹, ۵۰]. با این حال تعداد محدودی از این مدل ها قابلیت مدل کردن اثرات حوزه نزدیک گسل مانند تغییر مکان ماندگار^[۲۴] و اثر جهت داری^[۲۵] را دارند. در ادامه ابتدا روش های شبیه سازی مبتنی بر تابع تجربی گرین شرح داده می شوند. سپس به بیان جزئیات یک روش مبتنی بر تابع گرین نظری که به خوبی قادر به شبیه سازی زمین لرزه نزدیک گسل دارای خصوصیات جهت داری و جابجایی ماندگار می باشد، می پردازیم.

روش شبیه سازی تابع تجربی گرین^[۲۶]

روش بررسی زمین لرزه های اصلی با استفاده نگاشت های رویدادهای کوچک (پیش لرزه یا پس لرزه) با عنوان تابع تجربی گرین، را هارتزل [۵۱] معرفی کرد. ایده اصلی چنین است که اطلاعات چشمه، مسیر و ساختگاه که در رویداد اصلی وجود دارد در رویداد کوچک (پیش لرزه یا پس لرزه) نیز وجود دارد. روش تابع تجربی گرین دارای این مزیت است که مسیر پیچیده، اثرات ساختگاه و پیچیدگی ساختار غیرهمگن زمین بین چشمه و محل ثبت را در نظر می گیرد. روش های چشمه نقطه ای^[۲۷] و گسل محدود^[۲۸]، دو روش عمده مبتنی بر تابع نظری گرین می باشند.
مدل چشمه نقطه ای که توسط برون بیان شد[۵۲] بر پایه طیف موسوم به ω^۲[۴۱] و فرکانس گوشه استوار می باشد. طیف فرکانس حاصل از مدل چشمه نقطه ای برای فرکانس های (۱/۰ تا ۲ هرتز) و بزرگای بیشتر از ۴ ریشتر مناسب است. روش چشمه نقطه ای نمی تواند پارامترهای کلیدی زمین لرزه را در یک زلزله بزرگ، مانند مدت زمان طولانی و اثر جهت پذیری امواج را در محاسبات در نظر بگیرد. به علت اینکه چشمه زمین لرزه در این روش به صورت یک نقطه در نظر گرفته می شود، این روش برای شبیه سازی زمین لرزه های دور از گسل مناسب است. نتایج مطالعات نشان داده اند که روش چشمه نقطه ای برای شبیه سازی زمین لرزه های با بزرگای متوسط به بالا و در حوزه نزدیک گسل دارای نتایج قابل قبولی نمی باشد. از این رو روش های شبیه سازی گسل محدود که در آن ها گسل زمین لرزه به صورت یک صفحه مدل می شوند، توسعه داده شدند.

روش شبیه سازی گسل محدود^[۲۹]

در روش گسل محدود، یک صفحه مستطیلی برای گسل در نظر گرفته می شود، صفحه گسل را نیز به المان های مستطیلی تقسیم می کنند و فرض می شود که شکست از مرکز یکی از المان ها (کانون زمین لرزه) شروع شده و به صورت شعاعی انتشار می یابد. سرعت انتشار شکست گسل معمولاً ۸۰ درصد سرعت موج برشی در نظر گرفته می شود. هر ریز گسل به صورت یک چشمه کوچک مستقل لرزه ای عمل کرده و شروع به انتشار امواج لرزه ای می کند. شتاب نگاشت های به دست آمده از هر المان که بر اساس طیف چشمه نقطه ای است، با در نظر گرفتن تأخیر زمانی متناظرشان با یکدیگر جمع می شوند تا شتاب نگاشت کلی حاصل از آزاد شدن انرژی کل ریز گسل های صفحه گسل به دست آید. این روش شبیه سازی به طور گسترده ای در برآورد جنبش های نیرومند زمین مورد استفاده محققین مختلف قرار گرفته شده است. ارزیابی نتایج بر اساس نظریه چشمه نقطه ای و نظریه گسل محدود مشخص می کند که مدل گسل محدود برآوردهای دقیق تری را نسبت به مدل چشمه نقطه ای ارائه می دهد. شکل ‏۴‑۱ به صورت شماتیک مراحل شبیه سازی زمین لرزه بر مبنای روش گسل محدود را نمایش می دهد. اگر چه بدون شک استفاده از این روش ها در شبیه سازی زمین لرزه می تواند بسیار مفید واقع شود، با این حال این روش ها دارای محدودیت هایی می باشند. به طور مثال در مطالعه اثرات زمین لرزه نزدیک گسل نمی توان از این روش ها استفاده نمود. این امر به این دلیل است که اثرات نزدیک گسل مانند اثر جهت داری و اثر جابجایی ماندگار را نمی توان به کمک این روش ها شبیه سازی نمود در ادامه یک روش شبیه سازی مبتنی بر تابع گرین نظری معرفی می گردد که به خوبی قادر به شبیه سازی اثرات نزدیک گسل می باشد.
شکل ‏۴‑۱ : نمای شماتیک از فرایند برهم نهی امواج منتشر شده از ریز گسل ها در مدل گسل محدود چشمه زمین لرزه[۵۳]

تکنیک کارآمد شبیه سازی شتاب نگاشت در حوزه نزدیک گسل

هیسادا و بیلاک [۷]در سال ۲۰۰۳ یک روش ریاضی کارآمدی را برای محاسبه جنبش نیرومند زمین در حوزه نزدیک گسل و در محیط نیمه بی نهایت لایه ای^[۳۰] ارائه کردند که در آن توجه ویژه ای به جابجایی ماندگار استاتیکی^[۳۱] به دلیل گسلش سطحی شده است. همچنین اثر همزمان جابجایی ماندگار^[۳۲] و جهت داری^[۳۳] در جنبش های نیرومند زمین نیز در این تکنیک لحاظ شده است. این روش می تواند جابجایی مربوط به جنبش نیرومند زمین را برای سه مولفه در حوزه نزدیک گسل و محدوده فرکانس پایین را محاسبه نماید. نکته قابل توجه اینکه، این روش برای مواردی که نقطه مشاهده (ثبت کننده امواج) در نزدیکی صفحه گسل می باشد، بهبود پیدا کرده است. اساس این روش بر اساس نظریه بازنمایی^[۳۴] [۵۴] است. در این نظریه مؤلفه ام جابجایی در نقطه مشاهده و زمان از رابطه زیر محاسبه می گردد:
‏۴‑۱
که در آن تابع لغزش در چشمه، بردار مربوط به توابع گرین، و صفحه گسل می باشد. به دلیل اینکه حل این معادله در حوزه زمان بسیار زمان بر می باشد، اغلب این معادله را در حوزه فرکانش بیان می کنند:
‏۴‑۲
که در آن U­_k، k امین مولفه جابجایی در نقطه مشاهده Y، X نقطه منبع بر روی صفحه گسل، ω فرکانس زاویه ای و Σ صفحه گسل می باشد. T_ik اثر تابع گرین^[۳۵] و D_i ، i امین مولفه لغزش روی صفحه گسل می باشد. تابع گرین فضای نیمه بینهایت، توسط انتگرال شمارگر موج^[۳۶] به فرم رابطه زیر محاسبه می شود:
‏۴‑۳
متغیر وابسته به تابع گرین می باشد. هیسادا و بیاک یک فرم اصلاح شده از رابطه نظریه بازنمایی در حوزه فرکانس، با رویکرد ویژه به جابجایی ماندگار و اثر جهت داری ارائه کردند که در آن نقاط تکینی^[۳۷] تابع گرین اصلی با کم کردن و جمع کردن تابع گرین استاتیکی به فرم رابطه زیر حذف می­شوند:
‏۴‑۴
بنابراین با این جداسازی می توان اثر جهت داری (انتگرال اول) و اثر جابجایی ماندگار (انتگرال دوم) را به خوبی مدل نمود. روش یاد شده به صورت سه کد فرترن توسط پرفسور هیسادا پیاده سازی شده است. نتایج مطالعات مختلف نشان می دهد که این روش کارایی مناسبی برای مدل سازی زمین لرزه حوزه نزدیک گسل را دارا می باشد. در شکل ‏۴‑۲ نمای کلی از مدل سازی گسل و تعریف پارامترهای چشمه لرزه­زا نشان داده شده است.
اگر چه روش های شبیه سازی مبتنی بر تابع نظری گرین قادر به شبیه سازی مناسب زمین لرزه در حوزه نزدیک گسل می باشند، با این حال این روش ها نیازمند تعریف پارامترهای فیزیکی زیادی می­باشد. که تعیین مقدار دقیق آنها از قبل امکان پذیر نیست. این امر استفاده از این روش ها را در شبیه سازی زمین لرزه محتمل آینده با مشکلاتی روبرو می سازد. ناشی از وجود عدم قطعیت در پارامترهای ورودی مدل زمین لرزه، دو رویکرد وجود دارد. یک رویکرد این است که برای هر پارامتر بحرانی ترین مقدار آن به عنوان ورودی مدل شبیه سازی در نظر گرفته شود. رویکرد دوم که در مطالعات زیادی مورد استفاده قرار گرفته است این است که با دانستن میزان عدم قطعیت موجود در هر پارامتر، اجازه داده شود که هر پارامتر در بازه محتمل خود تغییر کند. به این ترتیب می توان به یک درک آماری و احتمالاتی مناسب از میزان خطر زمین لرزه در منطقه مورد مطالعه دست یافت. در ادامه ابتدا به عدم قطعیت های موجود در پارامترهای شبیه سازی می پردازیم. سپس کارآیی روش شبیه سازی مبتنی بر تابع نظری گرین را برای شبیه سازی زمین لرزه محتمل آینده مورد بررسی قرار می دهیم.
Rake Angle
X (North)

روش استفاده شده برای ساختن مدل ARIMA متشکل از مراحل زیر است]۱۲[ :

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

قدم ۰) فرمول­نویسی مدل فرض فرضیه ­های خاص^[۲۸]،
قدم ۱) تعریف عبارت­های مدل،
قدم ۲) تخمین پارامترهای مدل،
قدم ۳) صحت­سنجی مدل، و
قدم ۴) پیش ­بینی.
بعد از صحت­سنجی، مدل ARIMA آماده برای استفاده است. پیش ­بینی متغیر  که با  نشان داده می­ شود، از (۲-۱۱) به دست می ­آید:

مقدار  با بهره گرفتن از دو قسمت به دست می ­آید: ۱) مقادیر متغیر  در زمان­های قبل از   ، و ۲) عبارات خطا در زمان­های مساوی و قبل از   . توجه شود که  و  چندجمله­ای­های حاصل از جدا کردن متغیر  از عبارت (۲-۷)، و  و  به ترتیب حداکثر تأخیر در نظر گرفته شده در عبارت­های auto-regressive و moving average می­باشند.
روش استفاده شده برای پیش ­بینی متغیر  در زمان­های  به این صورت است:
قدم۱) مقداردهی اولیه­  : با در نظر گرفتن  به عنوان فرایند نویز سفید^[۲۹]، یعنی،  ،  در مقدار مورد انتظار صفر ثابت است.
قدم ۲) پیش ­بینی  : عبارت (۲-۱۱) برای به دست آوردن مقدار پیش ­بینی شده متغیر  در زمان  ،  ، ارزیابی می­ شود.
قدم ۳) مقداردهی اولیه  .
قدم ۴) پیش ­بینی  : با در نظر گرفتن اینکه  برابر با  است، عبارت (۲-۱۱) برای به دست آوردن مقدار پیش ­بینی شده متغیر  در زمان  ،  ، ارزیابی می­ شود.
…
قدم  ) پیش ­بینی  : با در نظر گرفتن اینکه  به ترتیب برابر  است، عبارت (۲-۱۱) برای به دست آوردن  ارزیابی می­ شود.
فرایند استفاده شده برای تولید مجموعه سناریوها  و  و  مبتنی بر روش ارائه شده قبلی است. بر خلاف روش بالا، عبارت­های خطا در روش تولید سناریو، در مقادیر مورد انتظار خود ثابت نیستند و به صورت تصادفی از توزیع خود،  ، انتخاب می­شوند. الگوریتم تولید سناریوی پیشنهاد شده با بهره گرفتن از مدل ARIMA در شکل (۲-۶) آمده است.

شکل (۲-۶): الگوریتم تولید سناریو

کاهش سناریو

درخت سناریویی که عدم­قطعیت را در یک فرایند تصمیم ­گیری نشان می­دهد و از طریق یک فرایند تولید سناریوی تصادفی به دست می ­آید معمولا بزرگ است و منجر به یک مدل بهینه­سازی می­ شود که ممکن است غیر قابل پیش ­بینی باشد. برای این منظور، باید تعداد سناریوها را کاهش داد بطوریکه ویژگی­های ضروری درخت سناریو همچنان باقی بماند. به بیان دیگر، به دنبال یک درخت سناریو هستیم که منجر به یک راه حل بهینه شود و مقدار آن به حل مسئله اصلی نزدیک باشد.
تحقیقات گسترده­ای در این زمینه انجام شده است. برای مثال می­توان به ]۱۸[ اشاره کرد. در مسائل برنامه­ ریزی خطی تصادفی اگر اندازه ­گیری توسط توزیع احتمال صورت گیرد، کاهش درخت سناریو به یک درخت سناریوی ساده­تر که به درخت سناریوی اصلی نزدیک باشد امکان­ پذیر خواهد بود.
رایج­ترین توزیع احتمال استفاده شده در بهینه­سازی تصادفی توزیع Kantorovich،  است که بین دو توزیع احتمال  و  در مسئله مشخص می­ شود:

۹۶۳۸_/۵۸۸۲۳

سیال غیرنیوتنی با ۴ درصد اکسید مس

۶۲۵۸_/۳۷۹۶۵

۵۸۹۸_/۵۰۸۳۸

۷۵۸۸_/۶۲۲۶۶

شکل ۴-۸ اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین برای ذرات با اندازه ۹۰ نانومتر

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

با افزایش غلظت نانوذرات با اندازه ذره ۹۰ نانومتر، از ۱ درصد به ۳ درصد در رینولدز ۳۰۰۰، ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین افزایش می­یابد. به طور مشابه برای رینولدز ۴۵۰۰ و برای رینولدز ۶۰۰۰ ، ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین افزایش می­یابد. در غلظت ثابت ۱ درصد، با افزایش عدد رینولدز از ۳۰۰۰ به ۴۵۰۰ ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین افزایش و با افزایش عدد رینولدز از ۴۵۰۰ به ۶۰۰۰ نیز ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی افزایش می­یابد. همان‌طور که از شکل­های ۴-۶ تا ۴-۸ پیداست، با افزایش غلظت نانوسیال در رینولدز ثابت، ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین افزایش می­یابد.
شکل­های ۴-۹ تا ۴-۱۱ عدد ناسلت میانگین محاسبه شده برای نانوسیال غیرنیوتنی حاوی ذرات ۳۰، ۶۰ و ۹۰ نانومتری اکسید مس با غلظت­های حجمی ۱، ۳ و ۴ درصد، در رینولدزهای ۳۰۰۰، ۴۵۰۰ و ۶۰۰۰ را نشان می­دهد.

شکل ۴-۹ اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه ۳۰ نانومتر
با افزایش غلظت نانوذرات با اندازه ذره ۳۰ نانومتر، از ۱ درصد به ۳ درصد در رینولدز ۳۰۰۰، عدد ناسلت میانگین افزایش می­یابد. به طور مشابه برای رینولدز ۴۵۰۰ و برای رینولدز ۶۰۰۰، عدد ناسلت میانگین افزایش می­یابد. در غلظت ثابت ۱درصد، با افزایش عدد رینولدز از ۳۰۰۰ به ۴۵۰۰ عدد ناسلت میانگین افزایش و نیز با افزایش عدد رینولدز از ۴۵۰۰ به ۶۰۰۰ عدد ناسلت میانگین افزایش می­یابد.

شکل ۴-۱۰ اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه ۶۰ نانومتر

شکل ۴-۱۱ اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر عدد ناسلت میانگین برای ذرات با اندازه ۹۰ نانومتر
با افزایش غلظت نانوذرات با اندازه ذره۶۰ و۹۰ نانومتر، از ۱ درصد به ۳ درصد در رینولدز ۳۰۰۰، عدد ناسلت میانگین افزایش می­یابد. به طور مشابه برای رینولدز ۴۵۰۰ و برای رینولدز ۶۰۰۰، عدد ناسلت میانگین افزایش می­یابد. در غلظت ثابت ۱درصد، با افزایش عدد رینولدز از ۳۰۰۰ به ۴۵۰۰ عدد ناسلت میانگین افزایش و نیز با افزایش عدد رینولدز از ۴۵۰۰ به ۶۰۰۰ عدد ناسلت میانگین افزایش می­یابد.
همان­گونه که انتظار می­رفت و از شکل­های ۴-۹ تا ۴-۱۱ پیداست، با افزایش غلظت، عدد ناسلت افزایش می­یابد.
عمده‌ترین دلیل اختلاف بین نتایج تحقیقات عددی و شبیه سازی­ها در نانوسیالات با نتایج آزمایشگاهی، مربوط به اختلاف در محاسبه خواص ترموفیزیکی و از جمله مهم­ترین این خواص ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات است. زیرا هیچ‌کدام از روابط موجود برای تعیین ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات به تنهایی قادر به پیش‌بینی دقیق این خاصیت در شرایط واقعی مختلف نیستند.
به طور کلی از مقایسه شکل­های ۴-۶ تا ۴-۸ می­توان گفت که اثر افزایش غلظت نانوذرات با افزایش اندازه ذرات رو به کاهش است. به عبارت دیگر با افزایش اندازه ذرات تأثیر استفاده از نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابجایی سیال کاهش می یابد. بنابراین می توان پیش بینی کرد که در استفاده از ذراتی با اندازه­ های بزرگ­تر، این روند نزولی چشمگیرتر خواهد بود. این موضوع در شکل ۴-۸ به روشنی قابل مشاهده است. در شکل ۴-۸ و در رینولدز ۶۰۰۰ مشاهده می‌شود که استفاده از ذرات ۹۰ نانومتری و با غلظت ۱ درصد عملاً هیچگونه تأثیری بر ضریب انتقال حرارت جابجایی سیال نداشته است. نکته دیگری که از شکل ۴-۷ قابل استنتاج است این است که با افزایش عدد رینولدز و در اندازه های ثابت برای نانوذرات، برای رسیدن به ضریب انتقال حرارت بالاتر نیاز به غلظتهای بالاتری از نانوذرات است اما در رینولدزهای پایین­تر، استفاده از غلظت­های پایینی از نانوذرات هم اثری مطلوبی بر افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی دارد.
۴-۶ تأثیر اندازه نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی
در این بخش به بررسی و تحلیل نتایج ناشی از تغییرات اندازه ذرات می‌پردازیم. شکل­های ۴-۱۲ تا ۴-۱۴ تغییرات ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین نانوسیال غیرنیوتنی با اندازه نانوذره ۳۰، ۶۰ و ۹۰ نانومتر در رینولدزهای ۳۰۰۰، ۴۵۰۰ و ۶۰۰۰ را نشان می‌دهد.

شکل ۴-۱۲ تغییرات ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز ۳۰۰۰
شکل ۴-۱۲ تغییرات ضریب انتقال حرارت جابجایی میانگین نانوسیال غیرنیوتنی مورد بحث را نسبت به تغییر غلظت نانوسیال و تغییر اندازه ذرات در رینولدز ۳۰۰۰ نشان می­دهد. نمودار مذکور برای ذراتی با اندازه­ های ۳۰، ۶۰ و ۹۰ نانومتر و غلظت­های ۱، ۳ و ۴ درصد حجمی تنظیم شده است. مشاهده می­ شود که در ضریب انتقال حرارت جابجایی میانگین، همزمان با کاهش اندازه ذرات افزایش یافته است. آزمایش­های تجربی نشان داده­اند که با افزودن نانوذرات به سیال پایه مقدار انتقال حرارت افزایش می­یابد. دلایل این افزایش را در نانوسیالات به تشدید اغتشاش چرخابه­ها، کوچک شدن ضخامت لایه‌مرزی، پراکندگی معکوس نانوذرات معلق، افزایش قابل­ملاحظه ضریب هدایت حرارتی و نیز ظرفیت حرارتی سیال ربط دهند. [۴۰]. به همین دلایل ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی نانوسیالات را تابعی از خواص، ابعاد و جز حجمی نانوذرات معلق و سرعت جریان می­توان در نظر گرفت. نانوسیالات بیشتر شبیه یک سیال رفتار می­ کند تا یک مخلوط متداول جامد–مایع که در آن ذرات نسبتا بزرگ با ابعاد میکرومتر یا میلی‌متر پراکنده‌شده‌اند. با این‌وجود نانوسیال دارای طبیعت یک سیال دو فازی بوده و برخی از مشخصات مخلوط­های جامد–مایع را نیز دارا می­باشد.

شکل ۴-۱۳ تغییرات ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز ۴۵۰۰
جریان نانوسیال تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند جاذبه حرکت براونی، نیروی اصطکاک بین سیال و ذره، پدیده نفوذ براونی و پراکندگی قرار می­گیرد.حرکت اتفاقی نانوذرات معلق نرخ تبادل انرژی در سیال را افزایش می­دهد.

شکل ۴-۱۴ تغییرات ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین نسبت به تغییر اندازه نانوذرات در رینولدز ۶۰۰۰
پراکندگی موجب تخت شدن توزیع دما گشته و گرادیان دمای بین دیواره و سیال را افزایش داده و سبب افزایش نرخ انتقال حرارت می­ شود. همانطور که از مقایسه سه شکل ۴-۱۲ تا ۴-۱۴ مشاهده می شود، با افزایش عدد رینولدز ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی افزایش قابل توجهی می­یابد. صرفنظر از افزایش چشمگیر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی نانوسیال با افزایش عدد رینولدز، مشاهده می­ شود که در یک رینولدز ثابت این ضریب همزمان با کاهش اندازه ذرات افزایش یافته است. با مشاهده فاصله بین نقاط در هر شکل در می­یابیم که این فاصله در شکل ۴-۱۴ بیش از دو شکل دیگر است. به عبارتی دیگر تأثیر اندازه ذرات بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی نانوسیال غیرنیوتنی در تحقیق حاضر، در رینولدزهای بالاتر بیشتر است. بنابراین در رینولدزهای بالاتر کاهش اندازه ذرات اثر بهتری بر افزایش ضریب انتقال حرارت نانوسیال نشان می­دهد. کاهش اندازه ذرات بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی نانوسیال مورد تحقیق در هر سه شکل موثر بوده و موجب افزایش این ضریب شده است.
۴-۷ تأثیر عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی نانوسیال و عدد ناسلت
در این بخش به نقش عدد رینولدز در افزایش ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی نانوسیال غیرنیوتنی مورد تحقیق و همچنین تأثیر آن بر عدد ناسلت می‌پردازیم.

شکل ۴-۱۵ اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی موضعی نانوسیال در غلظت ۱ درصد حجمی ذرات و اندازه ۳۰ نانومتر

شکل ۴-۱۶ اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی موضعی نانوسیال در غلظت ۱ درصد حجمی ذرات و اندازه ۶۰ نانومتر

شکل ۴-۱۷ اثر رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی موضعی نانوسیال در غلظت ۱ درصد حجمی ذرات و اندازه ۹۰ نانومتر
در شکل‌های ۴-۱۵ تا ۴-۱۷ تغییرات ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی نانوسیال غیرنیوتنی در طول لوله، برای سه عدد رینولدز ۳۰۰۰، ۴۵۰۰ و ۶۰۰۰ رسم شده‌اند. هریک از این شکل‌ها در اندازه ذره­ های ۳۰، ۶۰ و ۹۰ نانومتری و غلظت ۱ درصد نانوذرات اکسید مس موجود در محلول رسم شده‌اند.

شکل ۴-۱۸ اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت ۱ درصد حجمی ذرات و اندازه ۳۰ نانومتر

شکل ۴-۱۹ اثر رینولدز بر عدد ناسلت موضعی نانوسیال در غلظت _۱ درصد حجمی ذرات و اندازه ۶۰ نانومتر

مندرجات جدول(۴-۴) نشان می دهد که ۵۲ نفر (۹/۱۳%) از دانش آموزان در پایه اول، ۱۰۹ نفر (۲/۲۹%) در پایه دوم و ۱۲۹ نفر (۶/۳۴%) در پایه سوم دبیرستان و ۸۳ نفر (۳/۲۲%) در پیش دانشگاهی مشغول تحصیل هستند.
رشته تحصیلی دانش آموزان
جدول۴-۵: فراوانی و درصد فراوانی نمونه دبیران مورد مطالعه به لحاظ رشته تحصیلی

مندرجات جدول(۴-۵) نشان می دهد که رشته تحصیلی ۹۱ نفر (۴/۲۴%) از دانش آموزان علوم انسانی، ۹۶ نفر (۷/۲۵%) تجربی و ۱۰۰ نفر (۲/۲۶%) ریاضی و فیزیک است.۵۶ نفر (۱۵%) از دانش‌آموزان نیز در پایه اول مشغول تحصیل هستند و هنوز انتخاب رشته نکرده اند. ۳۰ نفر (۸%) نیز در رشته کار و دانش یا فنی و مهندسی مشغول تحصیلند.
پیشفرض استفاده از آزمونهای آماری پارامتریک:^[۷۹]
آزمونهایی را که بر طبیعی بودن توزیع متغیر در جامعه استوار هستند، آزمونهای پارامتریک گویند. برای استفاده از این روشها پژوهشگر باید مفروضههایی را رعایت کند. برخی از این مفروضهها عبارتند از:
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۱) داده های مورد استفاده پیوسته و منظم باشد یا به عبارت دیگر، مقیاس اندازه گیری فاصلهای یا نسبی باشد. بر اساس این فرض، آزمونهای پارامتریک به مقیاس فاصلهای یا نسبی محدود هستند.۲) متغیر مورد پژوهش در جامعه دارای توزیع طبیعی باشد (دلاور، ۱۳۸۶: ۴۸۲-۴۸۱ ). داده‌های مورد استفاده در این پژوهش به صورت پیوسته و منظم میباشد. به عبارت دیگر شرط مقیاس اندازه گیری لازم برقرار میباشد. از آنجا که یکی دیگر از شروط استفاده از آزمونهای پارامتریک، نرمال بودن توزیع داده‌هاست؛ لذا برای بررسی این پیشفرض از آزمون کالموگروف– اسمیرونوف استفاده شده است. هدف از انجام این آزمون این است که مشخص شود آیا داده ها از وضعیت نرمال برخوردارند یا نه. نتایج این آزمون در جدول (۴-۶) ارائه شده است.
جدول۴-۶: نتیجه آزمون کالموگروف – اسمیرونوف برای نرمال بودن توزیع داده ها