خلاصهٔ گزارشخلاصهٔ گزارش
روان‌گرایی خاک ناشی از زمین‌لرزه (روان‌گرایی) از عوامل اصلی خسارت زمین‌لرزه در سراسر جهان است. در متون، روان‌گرایی غالباً پدیده‌ای توصیف می‌شود که از تولید لرزه‌ای فشار آب منفذی اضافی و نرم‌شدن متعاقب خاک‌های دانه‌یی پدید می‌آید. بسیاری از مناطق ایالات متحده، نه فقط مناطق غربی که مردم آن‌ها را با خطر زمین‌لرزه پیوند می‌دهند، شاهد روان‌گرایی و پیامدهای آن بوده‌اند. زمین‌لرزه‌های ۱۸۱۱ و ۱۸۱۲ روان‌گرایی گسترده‌ای را در منطقه‌ای در کنار رود Mississippi پدید آوردند که حدود ۱۵۰ کیلومتر از ناحیهٔ Memphis به سمت شمال کشیده شده است (منطقهٔ New Madrid). در ۱۸۸۶ زمین‌لرزه‌ای روان‌گرایی فراگیر و جابه‌جایی‌های زمین همراه با آن را در ناحیهٔ Charleston در South Carolina سبب شد. روان‌گرایی ممکن است با بی‌ثبات‌کردن پیشانی دلتاها در زمین‌لرزهٔ ۱۹۶۴ Alaska به مرگ‌های ناشی از سونامی کمک کرده باشد. در ۱۹۷۱، لغزش ناشی از روان‌گرایی تقریباً به سرریز شدن آب از روی یک سد و تخلیهٔ مخزن آن در پایانهٔ خط انتقال آب Los Angeles در بالای درهٔ San Fernando انجامید؛ رویدادی که هزاران خانه در درهٔ پایین سد را زیر آب می‌گرفت. شهر Kobe در Japan هنوز از نظر اقتصادی از خسارت‌های مرتبط با روان‌گرایی در بندر این شهر، که زمین‌لرزهٔ ۱۹۹۵ Hyogo-ken Nanbu پدید آورد، بهبود نیافته است. روان‌گرایی در توالی زمین‌لرزه‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۱ در Christchurch در New Zealand به از دست رفتن ۱۵٬۰۰۰ خانهٔ تک‌خانوار و صدها ساختمان در ناحیهٔ مرکزی کسب‌وکار انجامید. مخرب‌ترین آن زمین‌لرزه‌ها برای محیط ساخته‌شده، بزرگای نسبتاً کمی برابر ۶.۲ داشت.
این نمونه‌ها اهمیت ارزیابی‌های دقیق از این دو موضوع را نشان می‌دهند: اینکه روان‌گرایی در کجا محتمل است و پیامدهای آن چه می‌تواند باشد. چنین ارزیابی‌هایی برای حفاظت از جان و ایمنی و برای کاهش اثرهای اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی روان‌گرایی به‌شکلی هزینه‌اثر لازم است. روش‌های ارزیابی وجود دارند، اما روش‌های ارزیابی پتانسیل راه‌اندازی روان‌گرایی بالغ‌تر از روش‌های پیش‌بینی پیامدهای روان‌گرایی‌اند و جامعهٔ مهندسی زمین‌لرزه با تفاوت‌های میان روش‌های مختلف ارزیابی، هم برای راه‌اندازی روان‌گرایی و هم برای پیامدهای آن، دست‌وپنجه نرم می‌کند. این گزارش این روش‌های گوناگون را ارزیابی می‌کند و بر روش‌هایی تمرکز دارد که در ۲۰ سال گذشته توسعه یافته‌اند؛ سپس راهبردهایی توصیه می‌کند تا در کوتاه‌مدت عدم‌قطعیت‌ها کمینه شوند و در بلندمدت روش‌های بهبودیافته برای ارزیابی روان‌گرایی و پیامدهای آن توسعه یابند. این گزارش نخستین تلاش در جامعهٔ مهندسی زمین‌لرزهٔ ژئوتکنیک است که به چنین شیوه‌ای روش‌های گوناگون ارزیابی پیامدهای روان‌گرایی را در نظر می‌گیرد.
روان‌گرایی هنگامی رخ می‌دهد که تنش‌ها و تغییرشکل پدیدآمده در زمین بر اثر تکان زمین‌لرزه، ساختار خاک (یعنی آرایش دانه‌های منفرد خاک، همان ساختار خاک) را در خاک‌های اشباع و از نظر زمین‌شناسی تحکیم‌نیافته بر هم بزند. آب در فضاهای منفذی میان ذره‌های خاک، در برابر گرایش طبیعی خاک‌ها به تحکیم یافتن به آرایشی متراکم‌تر و پایدارتر در طول تکان مقاومت می‌کند. چون خاک تا زمانی که آب از فضاهای منفذی زهکشی نشود نمی‌تواند حجم خود را تغییر دهد، فشار آب منفذی بالا می‌رود، ذره‌های خاک ممکن است تماس خود را با یکدیگر از دست بدهند و تودهٔ خاک ممکن است بخش زیادی از مقاومت خود را از دست بدهد. این زنجیرهٔ رویدادها راه‌اندازی روان‌گرایی نامیده می‌شود. در این گزارش، اصطلاح «روان‌گرایی» هم به شرایط در آغاز راه‌اندازی روان‌گرایی اشاره دارد و هم به پدیده‌هایی که درون خاک در همان حالت راه‌اندازی‌شده رخ می‌دهند (مثلاً روان‌گرایی جریانی).
هنگامی که راه‌اندازی روان‌گرایی رخ می‌دهد، خاک ممکن است بخش زیادی از سختی و مقاومت خود را از دست بدهد، تغییرشکل آن آسان‌تر شود و به‌صورت جانبی جریان یابد. به همین شکل، خاک ممکن است توان خود را برای پشتیبانی از سازه‌ای که روی آن قرار دارد یا تأسیسات مدفون نیز از دست بدهد. اینکه روان‌گرایی راه‌اندازی شود یا نه، عمدتاً به ویژگی‌های جنبش زمین و به تراکم و تنش مؤثر اولیه (بین‌ذره‌ای) خاک بستگی دارد. عوامل دیگر، مانند نوع خاک، ساختار خاک، سن و جهت‌گیری و سطوح تنش‌های برشی پیش از زمین‌لرزه، نیز بر پتانسیل راه‌اندازی روان‌گرایی اثر می‌گذارند.
پیامدهای روان‌گرایی نیز به شماری از عوامل بستگی دارد، ازجمله نوع خاک و چینه‌شناسی (لایه‌بندی)، توپوگرافی سطح زمین و زیرساخت‌های مهندسی نزدیک به جایی که روان‌گرایی رخ می‌دهد. زمین ممکن است به‌صورت قائم یا جانبی جابه‌جا شود، زمین‌لغزش‌ها رخ دهند، خاکریزها بلغزند، پی‌ها گسیخته شوند و مخلوط‌های خاک و آب در سطح زمین فوران کنند. این اثرها به‌نوبهٔ خود می‌توانند به نشست، اعوجاج و فروریزش ساختمان‌ها؛ اختلال در راه‌ها؛ گسیختگی سازه‌های نگهبان خاک؛ ترک‌خوردگی، لغزش و سرریز شدن روی سدها، خاکریزهای بزرگراه و دیگر سازه‌های خاکی؛ گسیختگی یا بریده‌شدن شبکه‌های فاضلاب، آب، سوخت و دیگر زیرساخت‌های شریان حیاتی؛ جابه‌جایی جانبی و گسیختگی برشی شمع‌ها و دیوارهای پایه‌ای که پل‌ها و سازه‌های کنار آب را پشتیبانی می‌کنند؛ و بالازدگی سازه‌های زیرزمینی بینجامند.
روش‌های برآورد راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای آن به دلایل بسیاری متفاوت‌اند. شاغلان، کارفرمایان و سازمان‌های مقرراتی ممکن است از نظر توان فنی یا مالی با یکدیگر متفاوت باشند. پروژه‌ها از نظر اندازه، نوع و پیامدها و ریسک قابل‌پذیرش متفاوت‌اند. آنچه ریسک قابل‌پذیرش برای ساختمان‌ها و راه‌ها در مناطق کم‌جمعیت است، ممکن است برای سدها، پل‌ها، تأسیسات بندری و بندرگاهی و نیروگاه‌های هسته‌ای در مناطق پرجمعیت‌تر قابل‌پذیرش نباشد. الزام‌های پروژه ممکن است در پیوند با اسناد راهنما، استانداردها و مقررات آیین‌نامه‌ای مرتبط نیز بیشتر متفاوت باشند.
تحلیل روان‌گرایی و پیامدهای آن یکی از فعال‌ترین حوزه‌های پژوهش و توسعه در مهندسی ژئوتکنیک مانده است. در ۱۹۹۸ در جامعهٔ فنی دربارهٔ به‌کارگیری رویکرد تجربی تنش‌محور برای ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی اجماع حاصل شد؛ رویکردی که «روش ساده‌شده» نامیده می‌شود و نخستین بار در ۱۹۷۱ توسعه یافت. این روش هنوز پرکاربردترین روش در عمل است. اما تا ۲۰۰۴، گروه‌های معتبر مجموعه‌هایی از تغییرها را در این رویه پیشنهاد کردند و بسیاری از این گروه‌ها بر دو رویکرد جایگزین تمرکز داشتند. از آن زمان، هر دو رویکرد جایگزین پالایش شده‌اند و روش‌ها و اصلاح‌های بیشتری پیشنهاد شده است. شاغلان اکنون باید از میان چندین روش انتخاب کنند، بدون آنکه الزاماً محدودیت‌های آن‌ها را دریابند.
وضعیت کنونی دانش دربارهٔ ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی در مواردی مانند درجهٔ اشباع در زیر سطح آب زیرزمینی، در عمق‌های زیاد، در زیر زمین شیب‌دار، در خاک‌های شن‌ریز، در خاک‌هایی با سهم چشمگیر ذره‌های ریزدانه (یعنی لای و رس)، در خاک‌های با سن هولوسن به‌سبب اثرهای سال‌خوردگی، یا در خاک‌های با سن پلیستوسن (و قدیمی‌تر) محدود است. داده‌های اندکی برای اعتبارسنجی رویه‌های پیش‌بینی پیامدهای راه‌اندازی روان‌گرایی در دسترس است. عدم‌قطعیت‌های بزرگی در به‌کارگیری روش‌ها برای پیش‌بینی هم راه‌اندازی روان‌گرایی و هم پیامدهای آن وجود دارد.
شرح وظایف مطالعه
در ۲۰۱۰، کمیته‌ای ویژه از مؤسسهٔ پژوهش مهندسی زمین‌لرزه (EERI) خواستار بررسی جامعه‌محور وضعیت دانش در ارزیابی روان‌گرایی شد که زیر نظر آکادمی‌های ملی علوم، مهندسی و پزشکی (آکادمی‌های ملی) انجام شود. چنین مطالعه‌ای به جامعهٔ فنی کمک می‌کرد اجماع را دربارهٔ موضوع‌های مرتبط با ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی بازسازی کند و اعتماد به روش‌های به‌کاررفته در ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای آن را تقویت کند. با پشتیبانی U.S. Bureau of Reclamation، Nuclear Regulatory Commission، Federal Highway Administration، American Society of Civil Engineers، بندر Long Beach (کالیفرنیا)، بندر Los Angeles (کالیفرنیا) و ادارهٔ آب و برق Los Angeles، آکادمی‌های ملی کمیته‌ای از ۱۲ مهندس و دانشمند گرد آوردند تا نظر جامعهٔ فنی را جویا شوند و وضعیت تجربه در ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدها را به‌صورت انتقادی بررسی کنند (شرح کامل وظایف را در فصل ۱، کادر ۱.۴ ببینید). وظیفهٔ کمیته ارزیابی موارد زیر بود: کفایت، کیفیت و عدم‌قطعیت‌های مرتبط با آزمون‌های آزمایشگاهی و آزمون‌های میدانی درجا، داده‌های سوابق موردی و آزمون‌های مدل فیزیکی برای درک راه‌اندازی روان‌گرایی و رفتار خاک پس از راه‌اندازی؛ روش‌های تحلیل داده‌های آن آزمون‌ها؛ و کفایت و دقت روش‌های تجربی و مکانیکی برای برآورد راه‌اندازی و تغییرشکل‌های حاصل در خاک و در سازه‌هایی که در، روی و از آن خاک‌ها ساخته شده‌اند.
گزارش کمیته بر تحولات پس از کارگاه‌های ۱۹۹۶ و ۱۹۹۸ National Science Foundation/National Center for Earthquake Engineering Research (NCEER) تمرکز دارد؛ کارگاه‌هایی که آخرین بار در آن‌ها دربارهٔ ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی اجماع حاصل شد. گزارش، جهت‌گیری‌های آیندهٔ پژوهش و تجربه را در پیوند با گردآوری، گزارش‌دهی و ارزیابی کفایت و کیفیت انواع مختلف داده، با ارزیابی تغییرپذیری فضایی و عدم‌قطعیت در داده‌ها و با توسعهٔ ابزارهای ارزیابی دقیق‌تر در نظر می‌گیرد. هدف مطالعه داوری در اختلاف‌ها دربارهٔ هیچ روش مشخصی نبود. گزارش کمیته فقط به روان‌گرایی خاک‌هایی می‌پردازد که به‌طور طبیعی وجود دارند و خاکریزهای تشکیل‌شده از چنین خاک‌ها (یعنی گزارش به باطله‌های معدنی، پسماند جامد یا خاک‌های بهسازی‌شده گسترش نمی‌یابد). بحث دربارهٔ اقدام‌های اصلاحی برای افزایش مقاومت به روان‌گرایی و کاهش پیامدهای پس از روان‌گرایی نیز بیرون از حوزهٔ مطالعه است. توصیه‌های گزارش بر این تمرکز دارد که تجربهٔ مهندسی در ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدها چگونه می‌تواند با ابزارهای موجود بهبود یابد، و بر پژوهش آینده‌ای که می‌تواند این تجربه را بهبود دهد.
یافته‌ها و نتیجه‌گیری‌های کلیدی
یافته‌ها و نتیجه‌گیری‌های کلیدی هر فصل از گزارش کمیته، در آغاز همان فصل از گزارش فهرست شده و در این بخش خلاصه شده است. این یافته‌ها و نتیجه‌گیری‌ها که در گزارش با جزئیات بیشتری بحث شده‌اند، از توصیه‌های نهایی کمیته پشتیبانی می‌کنند که در این خلاصه و در فصل ۱۰ آمده‌اند.
برای ارزیابی خطرهای روان‌گرایی، باید استعداد خاک به روان‌گرایی، پتانسیل راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای بالقوهٔ راه‌اندازی با توجه به جنبش‌های زمین پیش‌بینی‌شده در یک ساختگاه ارزیابی شود. همهٔ خاک‌ها مستعد روان‌گرایی نیستند، اما خاک‌های دانه‌یی مانند ماسه‌ها، ماسه‌های لای‌دار، لای‌های غیرخمیری و شن‌هایی که لایه‌های با نفوذپذیری کمتر آن‌ها را محدود کرده‌اند، در زمین‌لرزه‌های گذشته روان‌گرا شده‌اند. اشباع پیش‌شرط ضروری روان‌گرایی است. آزمون آزمایشگاهی اکنون نمی‌تواند ابزار اصلی ارزیابی پتانسیل روان‌گرایی در خاک‌های واقعاً غیرچسبنده باشد. در عوض، معمولاً آزمون درجای خاک برای ارزیابی مقاومت آن به روان‌گرایی به‌کار می‌رود (مثلاً از طریق آزمایش نفوذ استاندارد [SPT]، آزمایش نفوذ مخروط [CPT] یا آزمون سرعت موج برشی [Vs])، با وجود محدودیت‌های خود این آزمون‌ها.
مبنای پرکاربردترین روش‌ها برای پیش‌بینی راه‌اندازی روان‌گرایی در تجربهٔ مهندسی، رویکرد ساده‌شدهٔ تنش‌محور است که بیش از ۴۰ سال پیش توسعه یافت. این رویکرد سودمند است، اما نتایج آن آکنده از عدم‌قطعیت است. روش‌های به‌کاررفته برای پیش‌بینی پیامدهای راه‌اندازی روان‌گرایی نیز رویکردهای ساده‌شده با درجات بالای عدم‌قطعیت را در بر می‌گیرند. به‌علاوه، روش‌هایی که معمولاً برای پیش‌بینی راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای آن به‌کار می‌روند، عموماً با گرایش کنونی به ارزیابی خطر لرزه‌ای ریسک‌محور سازگار نیستند (که گاهی، در اشاره به طراحی مهندسی‌ای که باید معیار عملکرد اندازه‌پذیر مشخصی را برآورده کند، طراحی لرزه‌ای عملکردمحور نامیده می‌شود).
عدم‌قطعیت‌ها در ارزیابی‌ها
عدم‌قطعیت‌ها از منابع بسیاری به ارزیابی‌های روان‌گرایی وارد می‌شوند و با نادانسته‌های مرتبط با زمین‌شناسی ساختگاه آغاز می‌شوند (مثلاً گسترهٔ قائم و جانبی لایه‌های خاک مشخص و شرایط آب زیرزمینی). روش‌های آزمون درجا که برای تعیین مقاومت خاک به روان‌گرایی به‌کار می‌روند، با توجه به نبود پروتکل‌های واقعاً استانداردشده برای کاربرد آن‌ها و همچنین نبود پروتکل‌هایی برای توصیف ویژگی‌های مرتبط خاک و برش خاک (مثلاً ناهمسانگردی در ساختار خاک؛ ساختار خاک‌های شن‌ریز)، عدم‌قطعیت‌های بیشتری وارد می‌کنند. دانش ناقص دربارهٔ اثر بزرگا یا دوام زمین‌لرزه، شدت جنبش زمین، تنش سربار مؤثر درجا، شرایط زمین ناهمتراز و مقدار ذره‌های ریزدانه در خاک، عدم‌قطعیت‌های بیشتری وارد می‌کند.
سوابق موردی روان‌گرایی در توسعه و اعتبارسنجی رویه‌های تحلیل روان‌گرایی مهم‌اند. اما نبود پروتکل‌هایی برای مستندسازی و درجه‌بندی کیفیت سوابق موردی، عدم‌قطعیت‌هایی وارد می‌کند. ممکن است سابقهٔ موردی یکسانی در پایگاه‌های داده‌ای که پژوهشگران مختلف گرد آورده‌اند، به شکل متفاوتی مستند شود. حتی با یک استاندارد یکدست برای مستندسازی سوابق موردی، می‌توان اطلاعات و تفسیرهای ناسازگار را در میان پایگاه‌های داده یافت. برای نمونه، وقوع یا عدم وقوع روان‌گرایی و محل وقوع آن در یک برش خاک؛ ویژگی‌های هوازدگی و سیمانی‌شدگی؛ تخمین‌های تنش سربار؛ لایه‌های مستعدتر به روان‌گرایی و ویژگی‌های آن‌ها؛ شناسایی کنترل‌های زمین‌شناسی بر ویژگی‌های خاک که ممکن است بر روان‌گرایی اثر بگذارند (مثلاً تغییر جانبی در شکل و محتوای خاک یک لایه)؛ سن یک خاک؛ و تخمین‌های تکان لرزه‌ای پیشین، همه به‌طور ناسازگار تفسیر یا مستند شده‌اند. این ناسازگاری‌ها به عدم‌قطعیت‌ها در روابط روان‌گرایی که از سوابق موردی توسعه یافته‌اند، دامن می‌زنند.
اعتماد به روابط برگرفته از داده‌های سوابق موردی (مثلاً نمودارهای قطعی که مقاومت خاک به روان‌گرایی را با شاخص‌های آزمون درجا مرتبط می‌کنند) نیز از نبود نقاط دادهٔ سابقهٔ موردی با کیفیت بالا اثر می‌پذیرد؛ نقاطی که نزدیک به خطوط مرزی جداکنندهٔ نواحی روان‌گرایی و بدون روان‌گرایی و در دو سوی آن‌ها ترسیم شوند. به‌ویژه، پایگاه‌های داده به سوابق موردی برای عمق‌های بحرانی (یعنی عمق‌هایی که می‌دانیم روان‌گرایی در آن‌ها رخ داده است) بیش از حدود ۱۵ متر، برای بزرگاهای زمین‌لرزهٔ کمتر از تقریباً ۵.۹ و بیشتر از تقریباً ۷.۸ و برای مواردی که روان‌گرایی به‌طور معقول انتظار می‌رفت اما مشاهده نشد، نیاز دارند.
رویکرد ساده‌شدهٔ تنش‌محور برای ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی
چندین رابطهٔ تجربی راه‌اندازی روان‌گرایی که عمدتاً از داده‌های سوابق موردی برگرفته شده‌اند، در ارزیابی‌های روان‌گرایی که با رویکرد ساده‌شدهٔ تنش‌محور انجام می‌شوند، به‌کار می‌روند. فرض‌های ذاتی کاربرد رویکرد ساده‌شدهٔ تنش‌محور شامل برش خاک لایه‌بندی‌شدهٔ افقی، سطح زمین افقی، امواج برشی با انتشار قائم و پاسخ خاک در حالت زهکشی‌نشده است. این روابط در پارامتر درجایی که با نسبت مقاومت چرخه‌ای (CRR) خاک همبسته می‌شود، در ضریب‌های تعدیل گوناگونی که در محاسبهٔ CRR وارد می‌شوند و در نسبت تنش چرخه‌ای (CSR) ناشی از زمین‌لرزه در خاک با یکدیگر تفاوت دارند. چون هر رابطه با مجموعهٔ متناظری از ضریب‌های تعدیل توسعه یافته است، به‌کارگیری ضریب‌های تعدیلی که برای یک رابطه ساخته شده‌اند، در صورت اعمال بر رابطه‌ای دیگر می‌تواند به افزایش عدم‌قطعیت و خطا بینجامد. از این پس، تنها ضریب‌های تعدیل مشخصی که برای توسعهٔ یک رابطهٔ راه‌اندازی روان‌گرایی خاص به‌کار رفته‌اند، باید با همان رابطه استفاده شوند.
برخی ضریب‌های تعدیل به‌وسیلهٔ داده‌های تجربی در سراسر گسترهٔ مورد علاقهٔ مهندسی به‌خوبی مقید نشده‌اند (مثلاً ضریب تعدیل بزرگی تنش، Kσ). در مواردی که داده‌های تجربی عامل‌ها را به‌خوبی مقید نمی‌کنند، ضریب‌های تعدیل باید با داده‌های آزمایشگاهی (ازجمله آزمایش‌های سانتریفیوژ و میز لرزان) و اصول مکانیک مهندسی توسعه یابند؛ آن‌ها نباید صرفاً بر برونیابی آماری داده‌ها استوار شوند. دربارهٔ ضریب‌های تعدیل مناسب برای وجود یک تنش برشی استاتیکی اولیه (یعنی Kα) اجماعی وجود ندارد. داده‌ها و پژوهش بیشتری لازم است تا درک بهتری از این اثرها فراهم شود. موضوع‌های دیگری که به پژوهش بیشتری نیاز دارند شامل ضریب‌های تعدیل برای بزرگی تنش نرمال، اثر سن زمین‌شناسی بر مقاومت به روان‌گرایی، اثر بزرگاهای زمین‌لرزهٔ کمتر از ۷.۰ یا بیشتر از ۸.۰ و اینکه پتانسیل روان‌گرایی خاک‌های شن‌ریز و خاک‌هایی با مقدار چشمگیر ذره‌های لای و رس را چگونه بهتر می‌توان تخمین زد، است. پارامترهای مدل بی‌اریب باید در توسعهٔ منحنی‌های CRR و ضریب‌های تعدیل به‌کار گرفته شوند. به‌کارگیری تخمین‌های اریبی از پارامترها (مثلاً ضریب تعدیل عمق، rd) تنها به افزایش عدم‌قطعیت دربارهٔ نتایج یک تحلیل می‌انجامد. کاهش چشمگیر عدم‌قطعیت‌های مرتبط با ضریب‌های تعدیل گوناگونی که در رویکرد ساده‌شده به‌کار می‌روند، بیش از همه به گسترش و بهبود پایگاه دادهٔ سوابق موردی بستگی دارد، اما در جایی که داده‌ها کافی نباشند، می‌توان از روش‌های مکانیک‌بنیان استفاده کرد.
رویکردهای جایگزین ارزیابی روان‌گرایی
روش‌های غیر از رویکرد ساده‌شدهٔ تنش‌محور برای ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی شامل جایگزین کرنش‌محور چرخه‌ای برای رویکرد تنش‌محور چرخه‌ای، رویکردهای انرژی‌محور، آزمون‌های آزمایشگاهی و مدل‌های فیزیکی و روش‌های مبتنی بر مکانیک محاسباتی است. توسعهٔ بیشتر این روش‌ها می‌تواند دقت و پایایی ارزیابی روان‌گرایی را بهبود دهد. ابزارهای دیگر، مانند نقشه‌های منطقه‌ای که خطرهای روان‌گرایی را به واحدهای نقشهٔ زمین‌شناسی مرتبط می‌کنند، به‌عنوان ابزارهای غربالگری و برنامه‌ریزی و در ارزیابی‌های منطقه‌ای خسارت و زیان به‌کار می‌روند. نقشه‌های خطر روان‌گرایی احتمالاتی می‌توانست از نظر پوشش گسترش یابد، حتی تا مقیاس ملی مشابه نقشه‌های ملی خطر لرزه‌ای.
پیچیدگی پدیده‌های پس از راه‌اندازی روان‌گرایی به توسعهٔ رویه‌های تجربی و نیمه‌تجربی گوناگونی انجامیده است تا مهندسان زمین‌لرزه از آن‌ها برای ارزیابی پیامدهای بالقوهٔ روان‌گرایی استفاده کنند. این‌ها شامل رویه‌های غربالگری است که از شاخص‌های خسارت برای تعیین اینکه پیامدهای روان‌گرایی از نظر مهندسی اهمیت دارند یا نه بهره می‌گیرند؛ رویه‌هایی برای ارزیابی پتانسیل گسترش جانبی، لغزش جریانی و ناپایداری شیب؛ و رویه‌هایی برای ارزیابی عملکرد پی‌های عمیق و سطحی، سازه‌های نگهبان خاک، تأسیسات زیرسطحی و سازه‌های مدفون. بیشتر این رویه‌ها به‌طور منطقی فرمول‌بندی شده‌اند و برخی با آزمون‌های آزمایشگاهی و مدلی پشتیبانی می‌شوند، اما اعتبارسنجی میدانی اندکی بر آن‌ها انجام شده است. محدودیت‌های معیارها و رویه‌های ساده برای غربالگری ساختگاه‌ها از نظر شدت و پتانسیل خسارت ناشی از راه‌اندازی روان‌گرایی اغلب صریحاً بیان نمی‌شود و کاربردپذیری بسیاری از این رویه‌ها به‌طور سختگیرانه بررسی نشده است. به همین شکل، مدل‌های تجربی و نیمه‌تجربی برای ارزیابی اثرهای روان‌گرایی از قبیل لغزش جریانی، جابه‌جایی گسترش جانبی، از دست رفتن ظرفیت باربری و افزایش فشارهای جانبی زمین و اثرهای شناوری، و برای مدل‌سازی بارهای القاشده بر سازه‌ها از سوی خاک‌های روان‌شده، عموماً به‌طور سختگیرانه اعتبارسنجی نشده‌اند. نبود اعتبارسنجی سختگیرانه عمدتاً به کمبود سوابق موردی مستندشدهٔ مناسب از پیامدهای روان‌گرایی برمی‌گردد.
روش‌های محاسباتی
رویکردهای تجربی و نیمه‌تجربی نمی‌توانند همهٔ اثرهای ناشی از زمین‌شناسی و توپوگرافی ساختگاه‌ویژه، آرایش‌های سازه‌ای مهندسی‌شده و ویژگی‌های جنبش زمین را در نظر بگیرند. مدل‌های محاسباتی، هنگامی که با تعمیم‌های مناسب جریان سیال نسبت به فاز جامد ترکیب شوند، می‌توانند برای حل مسائل مقدار مرزی مانند تغییرشکل و پاسخ فشار منفذی یک نهشتهٔ خاک با سازهٔ روی آن تحت بارگذاری زمین‌لرزه به‌کار روند. روش‌های محاسباتی که از اصول مکانیک استفاده می‌کنند و روابط رفتاری مناسب (یعنی معادله‌های ریاضی که پاسخ خاک به تنش یا کرنش خارجی را توصیف می‌کنند) را به ساختگاهی که به‌درستی توصیف شده باشد (یعنی ساختگاهی که با سطح جزئیات متناسب با سطح تحلیل توصیف شده است) اعمال می‌کنند، ابزاری فراهم می‌کنند تا به‌طور دقیق تولید، توزیع مجدد و استهلاک فشار منفذی؛ توزیع مجدد فضای خالی (تخلخل)؛ جریان خاک و آب منفذی؛ و اندرکنش‌های خاک و سازه توصیف شوند. دقتی که یک روش محاسباتی با آن پاسخ خاک به بارهای خارجی (مثلاً به جنبش زمین ناشی از زمین‌لرزه) را توصیف می‌کند، عمدتاً به دقت روابط رفتاری و پارامترهای ورودی به‌کاررفته بستگی دارد.
توسعهٔ پیوستهٔ مدل‌های رفتاری و محاسباتی تازه، مفصل‌تر و دقیق‌تر برای ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای آن لازم است. به‌ویژه، مدل‌های رفتاری لازم است که رفتار خاک‌ها را در نزدیکی و پس از راه‌اندازی روان‌گرایی توصیف کنند و همچنین مدل‌های محاسباتی که رفتار خاک پس از راه‌اندازی را دربرگیرند. این مدل‌های محاسباتی باید با آزمون‌های آزمایشگاهی و مدل فیزیکی تکمیل شوند؛ آزمون‌هایی که هم جنبه‌های کلیدی رفتار خاک در نزدیکی و پس از راه‌اندازی روان‌گرایی را روشن کنند و هم بتوانند برای اعتبارسنجی مدل‌های رفتاری و محاسباتی به‌کار روند.
ارزیابی و طراحی عملکردمحور
کاربرد کنونی روش تنش‌محور برای ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی بر محاسبهٔ ضریب‌های اطمینان قطعی در برابر عمق برای یک سناریوی زمین‌لرزهٔ معین تمرکز دارد. برای سازگاری با تحولات کنونی در دیگر حوزه‌های مهندسی زمین‌لرزه (مثلاً طراحی عملکردمحور سازه‌ها)، تجربهٔ ارزیابی روان‌گرایی باید به‌سوی تحلیل‌های تماماً احتمالاتی حرکت کند که گسترهٔ کامل جنبش‌های خسارت‌زای زمین‌لرزه (از نظر شدت جنبش زمین و بزرگا، هر دو)، فراوانی احتمالی رخداد آن‌ها و تغییرپذیری پارامترها و ضریب‌های تعدیل به‌کاررفته در تخمین CRR را در بر بگیرند. این تحلیل‌های احتمالاتی می‌توانند عدم‌قطعیت معرفتی میان مدل‌های تجربی موجود را با استفاده از رویکرد درخت منطقی در بر بگیرند؛ رویکردی که می‌توان از آن برای در نظر گرفتن عدم‌قطعیت در توصیف ساختگاه نیز بهره گرفت. عدم‌قطعیت‌های درگیر در ارزیابی جنبش‌های زمین‌لرزه‌ای، پاسخ سامانه، خسارت فیزیکی و زیان‌ها، روش‌های احتمالاتی برای ارزیابی پیامدهای روان‌گرایی را به هستهٔ ارزیابی و طراحی عملکردمحور بدل می‌کند. تا زمانی که تحلیل‌های خطر روان‌گرایی تماماً احتمالاتی (PLHAs) توسعه یابند، می‌توان از داده‌های تفکیک‌شده همراه با نتایج تحلیل احتمالاتی خطر لرزه‌ای برای تقریب خطر روان‌گرایی بهره گرفت.
رویه‌های تماماً احتمالاتی (یعنی PLHAs) که در آن‌ها سهم همهٔ سطوح بالقوهٔ جنبش زمین در نظر گرفته می‌شود، توسعه یافته‌اند و نشان داده شده است که در محیط‌های لرزه‌ای مختلف، تخمین‌های کامل‌تر و منطقی‌تری از خطرهای روان‌گرایی در مقایسه با روش‌های قطعی به‌دست می‌دهند. تحلیل‌های PLHA برای راه‌اندازی روان‌گرایی به‌خوبی توسعه یافته‌اند و به‌تازگی به پیامدهایی مانند گسترش جانبی و نشست میدان آزاد پس از زمین‌لرزه گسترش پیدا کرده‌اند. از آن‌ها همچنین برای نشان دادن این نکته استفاده شده است که تخمین‌های خطر واقعی روان‌گرایی با رویه‌های کنونی، آن‌گونه که در عمل به‌کار می‌روند، می‌تواند بسیار ناسازگار باشد. به‌کارگیری یکدست رویه‌های متعارف می‌تواند در برخی محیط‌های لرزه‌ای به محافظه‌کاری بیش از اندازه و در برخی دیگر به خطر و ریسک بیش از اندازه بینجامد؛ در چنین شرایطی، برای نمونه، بودجه‌های موجود برای برنامه‌های مقاوم‌سازی لرزه‌ای نمی‌تواند به‌شکل کارآمد تخصیص یابد.
پیشرفت رویه‌های عملکردمحور برای مسائل روان‌گرایی به درک بهبودیافته از خسارت بالقوه به انواع مختلف سازه‌ها و تأسیسات در سطوح مختلف تغییرشکل زمین ناشی از روان‌گرایی و به درک بهبودیافته از هزینه‌ها و زمان لازم برای تعمیر خسارت‌های مرتبط با روان‌گرایی نیاز دارد. رویکردهای عملکردمحور فرصت‌های بزرگی برای تولید سازه‌ها و تأسیسات ایمن‌تر و تاب‌آورتر و برای استفادهٔ کارآمدتر از منابع موجود فراهم می‌کنند. پذیرش مفاهیم مهندسی عملکردمحور تغییرهای اساسی در تفکر، تجربه و آموزش مهندسان را لازم می‌کند. این کار به معنای فاصله گرفتن از وابستگی به قواعد سرانگشتی و ضریب‌های اطمینان و حرکت به‌سوی فرایند طراحی‌ای است که در پیش‌بینی احتمالاتی رفتار سامانه‌های مهندسی‌شده و تخمین زیان‌های اقتصادی ریشه دارد. اما پذیرش ارزیابی عملکردمحور خطر روان‌گرایی در عمل به ظرفیت محاسباتی کافی برای انجام محاسبات حجیم در چهارچوب‌های احتمالاتی عملکردمحور نیاز دارد.
توصیه‌ها
یافته‌ها و توصیه‌های ارائه‌شده در این گزارش بر ارزیابی کمیتهٔ مطالعه از پژوهش‌های گذشته و کنونی استوار است. بر این اساس، توصیه‌های این گزارش یا ایده‌های پیشین را تقویت می‌کنند یا در پی گسترش دادن یا ارائهٔ جهت‌گیری‌های تازه برای پژوهش و تجربهٔ کنونی‌اند. با توجه به ماهیت و پیچیدگی پدیده‌های روان‌گرایی و اثرهای بالقوهٔ آن‌ها بر ایمنی جان و زیرساخت‌ها، بهبود روش‌های ارزیابی روان‌گرایی به تلاشی چندرشته‌ای میان مهندسان، زمین‌شناسان، مالکان زیرساخت و ذی‌نفعان اصلی نیاز دارد. بسیاری از این تلاش‌ها به همکاری‌های قوی جامعه‌محور نیاز دارند که درک کل‌نگر از مسائل مرتبط با روان‌گرایی را ممکن کند. با این حال، توصیه دربارهٔ سطوح و سازماندهی بودجهٔ لازم برای اجرای این توصیه‌ها بیرون از حوزهٔ شرح وظایف کمیته است.
توصیهٔ ۱. پایگاه‌های داده‌ای سامان‌یافته (curated) و در دسترس عموم از داده‌های سابقهٔ موردی مرتبط با راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدها ایجاد کنید.
سوابق موردی‌ای را در بر بگیرید که در آن‌ها خاک‌ها با سازه‌های ساخته‌شده اندرکنش دارند. سوابق موردی را با داده‌های میدانی، آزمایشگاهی و مدل فیزیکی مرتبط مستند کنید. پایگاه‌های داده را با پروتکل‌های سختگیرانه توسعه دهید و نشانگرهای کیفیت داده را در آن‌ها بگنجانید.
داده‌های میدانی از سوابق موردی روان‌گرایی برای توسعه، واسنجی و اعتبارسنجی رویکردهای گوناگون پیش‌بینی راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای آن مهم‌اند. سوابق موردی‌ای لازم است که مقادیر پارامترهای آن‌ها فراتر از بازه‌هایی باشد که اکنون دادهٔ کافی برای آن‌ها در دسترس است. گنجاندن داده‌های گردآوری‌شده پس از ۱۹۹۵ در پایگاه‌های داده، ارزش این پایگاه‌ها را افزایش می‌دهد. سوابق موردی بیشتری لازم است که رفتار خاک‌های روان‌گراشدنی در عمق‌های بیش از حدود ۱۵ متر؛ خاک‌های در معرض رویدادهای با بزرگای نسبتاً کوچک و بزرگ؛ خاک‌هایی با درصد ریزدانه بیش از ۳۵٪؛ و خاک‌هایی با بیش از ۵۰٪ ذره‌های ریزدانهٔ کم‌خمیری را نمایندگی کنند. سوابق موردی بیشتری نیز لازم است که خاک‌های واقع در زمین شیب‌دار یا مجاور سطوح آزاد در زمین‌های بالقوه روان‌گراشدنی با مقادیر عدد ضربهٔ SPT بیش از ۱۵ ضربه در ۳۰ سانتی‌متر یا مقادیر مقاومت نوک CPT بیش از ۸۵ اتمسفر (۸.۶ مگاپاسکال) را نمایندگی کنند. گنجاندن سوابق موردی بیشتری که در آن‌ها آثار سطحی روان‌گرایی یا پیامدهای آن وجود ندارد نیز، با افزایش درک از اینکه روان‌گرایی در کجا و چرا رخ نمی‌دهد، به پیکرهٔ دانش می‌افزاید. به‌علاوه، به یکدستی بیشتر داده‌های گنجانده‌شده در پایگاه‌های داده، شفافیت بیشتر دربارهٔ کیفیت داده و دسترسی آسان‌تر پژوهشگران و شاغلان به پایگاه‌های داده نیاز است.
توصیهٔ ۲. مکان‌هایی با احتمال بالای روان‌گرایی را توصیف کنید و آن‌ها را به‌عنوان رصدخانه‌های میدانی برای راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای آن برپا کنید.
سوابق موردی روان‌گرایی معمولاً پس از آنکه ناحیه‌ای در معرض جنبش زمین قرار می‌گیرد و در بیشتر موارد، پس از مشاهدهٔ آثار سطحی روان‌گرایی، گردآوری می‌شوند. در چنین مواردی، ویژگی‌های خاک پیش از روان‌گرایی، تغییرهای ویژگی‌های خاک و جابه‌جایی‌های زمین فقط به‌صورت استنباطی قابل تعیین‌اند. برپا کردن رصدخانه‌ها در ساختگاه‌های خوب‌توصیف‌شده با احتمال بالا برای زمین‌لرزه‌های روان‌گرایی‌ساز می‌تواند به دانش بهتر دربارهٔ ویژگی‌های خاک پیش از روان‌گرایی بینجامد و شکاف‌های پایگاه‌های دادهٔ سوابق موردی را پر کند. توصیف ساختگاه با کیفیت بالا از شرایط سطحی و زیرسطحی پیش از یا به‌عنوان بخشی از استقرار رصدخانه. داده‌های پس از رویداد در این ساختگاه‌ها می‌تواند برای واسنجی و اعتبارسنجی رویه‌های ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای آن و برای فراهم‌کردن اطلاعات لازم دربارهٔ رفتار روان‌گرایی در عمق، در شن و خاک‌های ریزدانه، روی زمین شیب‌دار و درون و زیر خاکریزها، و همچنین اطلاعات دربارهٔ اثرهای اندرکنش خاک و سازه در خاک روان‌شده به‌کار رود.
توصیهٔ ۳. در جایی که امکان‌پذیر است، از داده‌های آزمایش نفوذ مخروط (CPT) برای تخمین‌های میدانی مقاومت به روان‌گرایی استفاده کنید. اگر برای این منظور از آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) استفاده می‌شود، اندازه‌گیری انرژی چکش را انجام دهید. تخمین‌های میدانی را در صورت لزوم با روش‌های دیگر برای توصیف ساختگاه تکمیل کنید.
نفوذسنجی‌های CPT در مقایسه با روش‌های دیگر تخمین مقاومت به روان‌گرایی مزیت دارند، هم در تشخیص لایه‌های نازکی که می‌تواند بر راه‌اندازی روان‌گرایی و توزیع مجدد فشار منفذی پس از آن اثر بگذارد و هم در تکرارپذیری نتایج. نتایج CPT در مقایسه با بیشتر روش‌های آزمایش درجا وابستگی کمتری به اپراتور دستگاه یا نحوهٔ برپایی آن دارد و CPT را می‌توان با سرعت و صرفهٔ نسبی انجام داد. ممکن است انجام یک یا چند گمانهٔ SPT علاوه بر نفوذسنجی‌های CPT نیز دوراندیشانه باشد تا نمونه‌های فیزیکی برای توصیف خاک فراهم شود و ابزار دیگری برای ارزیابی پتانسیل روان‌گرایی در اختیار باشد. اگر اندازه‌گیری‌های SPT انجام می‌شود، باید اندازه‌گیری انرژی چکش صورت گیرد و برپایی SPT باید نیاز به ضریب‌های اصلاحی افزوده را کمینه کند. CPT همچنین می‌تواند ابزاری مقرون‌به‌صرفه برای اندازه‌گیری Vs فراهم کند که به بهبود توصیف ساختگاه و ارزیابی روان‌گرایی کمک می‌کند. با این حال، نفوذسنجی CPT در خاک‌های بسیار متراکم یا شن‌ریز امکان‌پذیر نیست. در چنین مواردی باید از روش‌های دیگر برای تخمین مقاومت به روان‌گرایی استفاده شود. در خاک‌های شن‌ریز، اندازه‌گیری‌های چکش Becker تجهیز‌شده می‌تواند همان هدف SPT را برآورده کند و ممکن است بهترین روش در دسترس برای خاک‌هایی باشد که CPT نمی‌تواند در آن‌ها نفوذ کند. به‌کارگیری چند روش مستقل می‌تواند داده‌های بیشتری برای پشتیبانی ارزیابی پتانسیل روان‌گرایی فراهم کند.
توصیهٔ ۴. هنگام پالایش یا توسعهٔ روابط تجربی نو برای استفاده در تحلیل‌های روان‌گرایی، تخمین‌های بی‌اریب برای پارامترهای ورودی را بگنجانید؛ عدم‌قطعیت همراه با آن تخمین‌ها را در صورت امکان شناسایی و کمّی کنید؛ و از اصول مکانیک خاک، اصول لرزه‌شناسی و داده‌های آزمایشگاهی برای برونیابی فراتر از بازه‌هایی که داده‌های میدانی روابط تجربی را مقید می‌کنند استفاده کنید.
شناسایی و در صورت امکان کمّی‌کردن عدم‌قطعیت همراه با هر ضریب تعدیل، همبستگی تجربی و رابطهٔ پارامتری که در ارزیابی روان‌گرایی به‌کار می‌رود، به پرهیز از انباشت عدم‌قطعیت‌ها و به تسهیل ارزیابی عدم‌قطعیت کلی روش کمک می‌کند. هنگام توسعهٔ روشی برای ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی یا ارزیابی پیامدها، به‌کارگیری ضریب‌های تعدیل، همبستگی‌های تجربی و روابط پارامتری با اریبی درونی، عدم‌قطعیت‌ها را انباشته می‌کند و ارزیابی عدم‌قطعیت کلی روش را دشوار، و اگر ناممکن نباشد، به‌سختی قابل انجام می‌سازد؛ این موضوع در ارزیابی‌های روان‌گرایی ملاحظه‌ای مهم است.
توصیهٔ ۵. از زمین‌شناسی برای بهبود درک ژئوتکنیکی سوابق موردی و ساختگاه‌های پروژه استفاده کنید، بویژه جایی که خاک‌های بالقوه روان‌گراشدنی در ضخامت، پیوستگی و ویژگی‌های مهندسی تغییر می‌کنند.
پتانسیل روان‌گرایی و گسیختگی‌های زمینِ پیامدی می‌تواند به‌شدت به تغییرپذیری زمین‌شناختی در ضخامت، گسترهٔ جانبی و پیوستگی خاک‌های روان‌گراشدنی وابسته باشد. چینه‌شناسی رسوبی با محیط رسوب‌گذاری مرتبط است. برای نمونه، درک شکل و گسترهٔ یک تودهٔ ماسه‌ای نازک که در کانال یک رود پیچان‌رود رسوب کرده است می‌تواند اطلاعاتی دربارهٔ پتانسیل گسترش جانبی فراهم کند. زمین‌شناسی همچنین از راه هوازدگی و تحکیم بر پتانسیل روان‌گرایی اثر می‌گذارد و به افزایش مقاومت خاک به روان‌گرایی با گذشت سن می‌انجامد. درک زمین‌شناسی در سطح زمین و زیر آن به نقشه‌های منطقه‌ای خطر روان‌گرایی راه می‌یابد که زمین‌شناسی سطحی را به تخمین‌های احتمالاتی پتانسیل روان‌گرایی پیوند می‌دهد. ردپاهای زمین‌شناختی روان‌گرایی می‌تواند در ارزیابی پتانسیل روان‌گرایی جایی که تاریخ مکتوب زمین‌لرزه‌های اندک یا هیچ دارد یاری کند. پایگاه داده‌ای از این‌گونه شواهد دیرین‌روان‌گرایی برای مرکز و شرق ایالات متحده گردآوری شده است. این پایگاه داده می‌تواند در گسترهٔ ملی یا فراتر از آن توسعه یابد، هم برای گسترش دامنهٔ زمانی سوابق موردی روان‌گرایی و هم برای به‌کارگیری محیط رسوبی، سن رسوب‌گذاری و موقعیت زمین‌ساختی به‌عنوان معیارهای غربالگری در ارزیابی‌های خطر روان‌گرایی.
توصیهٔ ۶. روش‌های ساده‌شدهٔ تنش‌محور راه‌اندازی روان‌گرایی را به‌گونه‌ای به‌کار بندید که با شیوهٔ توسعهٔ آن‌ها سازگار باشد. از به‌کارگیری فنون و ضریب‌های تعدیل یک گونهٔ روش همراه با گونه‌های دیگر پرهیز کنید. در ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی، به‌کارگیری بیش از یک روش ساده‌شده را در نظر بگیرید.
عدم‌قطعیت‌های معرفتی (مدل‌سازی) چشمگیری با همهٔ گونه‌های رویکرد ساده‌شدهٔ تنش‌محور در ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی همراه است. ترکیب فنون یا ضریب‌ها از گونه‌های مختلف ممکن است عدم‌قطعیت‌ها را به شیوه‌هایی ناشناخته و کمّی‌نشدنی انباشته کند. اگر نتایج تحلیل با یک گونه ضریب اطمینان حاشیه‌ای نشان دهد، جایی که پیامدهای روان‌گرایی غیرقابل‌پذیرش دانسته می‌شود، یا هنگامی که یک روش فراتر از مرزهایی به‌کار می‌رود که روابط آن روش با داده‌ها مقید شده است، به‌کارگیری چند گونه از روش ساده‌شده می‌تواند موجه باشد. اگر نتایج حاصل از به‌کارگیری چند گونه متناقض باشد، ارزیابی روان‌گرایی پیشرفته‌تر می‌تواند موجه باشد.
توصیهٔ ۷. در توسعهٔ روش‌های برآورد راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای آن، عدم‌قطعیت‌های برخاسته از بررسی‌های میدانی، آزمایش‌های آزمایشگاهی، مدل‌سازی عددی و اثر شرایط ساختگاه محلی بر جنبش زمینِ زمین‌لرزه را به‌صراحت بگنجانید.
توصیف رویه‌های برآورد روان‌گرایی همیشه به‌روشنی نمی‌گوید عدم‌قطعیت‌ها کجا و چه هستند و معمولاً به چگونگی گنجاندن آن‌ها در ارزیابی روان‌گرایی نمی‌پردازد. عدم‌قطعیت در ضریب‌های اصلاحی (مثلاً اصلاح‌های اعمال‌شده بر عدد ضربهٔ SPT، ضریب‌های مقیاس بزرگا) به‌ندرت در نظر گرفته می‌شود و در برخی موارد ممکن است عدم‌قطعیتی بیش از آنچه با اندازه‌گیری اولیه همراه بود در نتایج تحلیل وارد کند. عدم‌قطعیت در ارزیابی پیامد روان‌گرایی یا راه‌اندازی آن، با دور شدن روش ارزیابی از بازه‌ای که داده‌های میدانی آن را مقید می‌کنند، به‌سرعت افزایش می‌یابد. عدم‌قطعیت‌های داده‌های میدانی و نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی باید در قالب حدود خطا، انحراف معیار، اریبی یا دیگر سنجه‌های آماری مناسب بیان شوند، و رویه‌های ارزیابی روان‌گرایی باید به‌روشنی بازه‌ای را مشخص کنند که با داده‌های میدانی و آزمایشگاهی مقید می‌شود. کاربران نیز به‌نوبهٔ خود باید یا از برونیابی فراتر از این بازه بپرهیزند یا به‌صراحت مشخص کنند که چنین کرده‌اند، و لازم است نتایج را با مثلاً نتایج آزمایشگاهی یا اطلاعات دیگر مشروط کنند.
توصیهٔ ۸. رویکردهای عملکردمحور برآورد روان‌گرایی، ازجمله راه‌اندازی، پیامد ژئوتکنیکی راه‌اندازی، آسیب سازه‌ای و مدل‌های خسارت اقتصادی را برای تسهیل برآورد و طراحی عملکردمحور پالایش، توسعه و پیاده‌سازی کنید.
تغییرات منطقه‌ای لرزه‌خیزی، همراه با عدم‌قطعیت‌های چشمگیر در بارگذاری زمین‌لرزه و مقاومت به روان‌گرایی، توصیف احتمالاتی را برای برآورد هم خطرهای راه‌اندازی روان‌گرایی و هم ریسک راه‌اندازی روان‌گرایی توجیه می‌کند. جامعهٔ ژئوتکنیک باید تحلیل‌های احتمالاتی خطر روان‌گرایی (PLHA) را توسعه دهد تا تقاضای رو به رشد جامعهٔ گسترده‌تر مهندسی زمین‌لرزه برای ارزیابی روان‌گرایی ریسک‌محور، به‌عنوان بخشی از گرایش به‌سوی طراحی عملکردمحور، برآورده شود. نتایج این تحلیل‌ها باید در قالب منحنی پاسخ بیان شود که نشان می‌دهد سطوح مختلف پاسخ (مثلاً راه‌اندازی روان‌گرایی، جابه‌جایی گسترش جانبی، نشست) با چه فراوانی انتظار می‌رود رخ دهد. در چارچوبی عملکردمحور، نتایج این‌گونه تحلیل‌ها می‌تواند با مدل‌های خسارت و زیان کانولوشن شود تا ریسک همراه با روان‌گرایی تخمین زده شود. ریسک را می‌توان در قالب منحنی ریسک بیان کرد که نشان می‌دهد سطوح مختلف زیان با چه فراوانی انتظار می‌رود رخ دهد. زیان‌ها شامل تلفات جانی، ازدست‌رفتن کارکرد و پیامدهای اقتصادی مستقیم و غیرمستقیم است.
توصیهٔ ۹. از داده‌های آزمایشگاهی و اصول بنیادی لرزه‌شناسی، زمین‌شناسی، مهندسی ژئوتکنیک و مکانیک مهندسی برای توسعهٔ فنون تحلیلی، ابزارهای غربالگری و مدل‌های نو در ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای پس از روان‌گرایی استفاده کنید.
به رویکردهای نوینی در ارزیابی روان‌گرایی نیاز است که فراتر از رویکردهای تجربی رایج در عمل برود. این رویکردهای نو باید بر علم استوار (مثلاً زمین‌شناسی، لرزه‌شناسی و فیزیک) و بر اصول بنیادی مکانیک مهندسی و مهندسی ژئوتکنیک بنا شوند. چنین رویکردهایی باید: خطرهای روان‌گرایی را به‌صورت کمّی با واحدهای زمین‌شناختی در عمق‌های مناسب پیوند دهند؛ توان پیش‌بینی را در برآورد راه‌اندازی و پیامدهای آن افزایش دهند؛ با توصیف احتمالاتی بارگذاری لرزه‌ای سازگار باشند؛ با ارزیابی‌های عملکردمحور پیامدهای روان‌گرایی همخوان باشند؛ و برای مهندسان شاغل به‌آسانی در دسترس باشند. توسعه و پیاده‌سازی نیازمند همکاری بیشتر میان مهندسان ژئوتکنیک و زمین‌شناسان مهندسی برای توصیف توزیع وابسته به عمق و ویژگی‌های واحدهای زمین‌شناختی است. این رویکردها باید با الگوهای رفتاری شناسایی‌شده از تحلیل سوابق موردی میدانی و داده‌های آزمایشگاهی و آزمایش مدل فیزیکی همخوان باشند. رویکردهای کرنش‌محور و انرژی‌محور دو مسیر توسعه‌اند که ارزش بررسی دارند.
اعتبارسنجی سختگیرانهٔ این مدل‌ها با استفاده از داده‌های سوابق موردی و توسعهٔ رویکردهای پیاده‌سازی که مدل‌ها را برای شاغلان در دسترس می‌کند، برای تسهیل پذیرش آن‌ها در تجربهٔ مهندسی لازم است. به‌کارگیری چنین مدل‌های یکپارچه و اعتبارسنجی‌شده در عمل با گرایش‌های دیگر حوزه‌های تجربهٔ مهندسی زمین‌لرزهٔ نوین همخوان خواهد بود.
توصیهٔ ۱۰. مدل‌های محاسباتی برای تحلیل‌های روان‌گرایی را توسعه دهید و اعتبارسنجی کنید. از آزمایش‌های آزمایشگاهی و مدل فیزیکی در مقیاس‌های فضایی مختلف و از سوابق موردی برای شناخت رفتار بنیادی خاک و برای اعتبارسنجی به‌کارگیری مدل‌های رفتاری در مسائل مقدار مرزی استفاده کنید.
مدل‌های محاسباتی هنگامی که مدل‌های تجربی نتایج متناقض یا غیرقاطع می‌دهند، یا هنگامی که ارزیابی دقیق‌تری از پاسخ ساختگاه و سازه لازم است، ابزارهای ارزشمندی‌اند. با این حال، مدل‌های محاسباتی همیشه رفتار را در مقیاس‌های آزمایش آزمایشگاهی، آزمایش فیزیکی و میدانی به‌درستی بازتولید نمی‌کنند. آن‌ها همیشه نمی‌توانند رفتار پیچیدهٔ مصالح زیر بارگذاری چرخه‌ای، ازجمله الگوهای به‌هم‌پیوستهٔ تغییرشکل و جریان پیش و پس از راه‌اندازی، را به‌چنگ آورند. هرچند مدل‌های مبتنی بر مکانیک اجزای گسسته مسیر امیدبخشی برای مدل‌سازی سازوکارها در مقیاس دانه ارائه می‌دهند، در حال حاضر از نظر محاسباتی پرهزینه‌اند. توسعه‌های بیشتری لازم است تا دقت و کارایی محاسباتی روش‌های گسسته بهبود یابد و این روش‌ها با شبیه‌سازی‌های میان‌مقیاسی جفت شوند. روش‌های بدون شبکه این توان را دارند که رفتار جریانی خاک پس از روان‌گرایی را پیش‌بینی کنند. اما برای تحقق این توان، شناخت بیشتری از مدل‌های مقیاس دانه (مثلاً از راه به‌کارگیری روش‌های چندمقیاسی) لازم است. رویه‌های اعتبارسنجی سختگیرانه‌ای که میان دقت روش محاسباتی و پیچیدگی مسائلی که مدل پیش‌بین برای آن‌ها اعتبارسنجی شده است تمایز بگذارند، برای همهٔ رویه‌های محاسباتی لازم است، بدون توجه به رویکرد محاسباتی و روش تحلیل به‌کاررفته.
توصیهٔ ۱۱. پژوهش بنیادی دربارهٔ رفتار تنش، کرنش و مقاومت خاک‌ها پیش و پس از راه‌اندازی روان‌گرایی انجام دهید؛ فنون آزمایشگاهی و آزمایش مدل فیزیکی نوینی طراحی کنید که به توسعهٔ مدل‌های رفتاری این رفتارها کمک کند.
پیشبرد وضعیت دانش و تجربه در ارزیابی روان‌گرایی نیازمند پژوهش بنیادی، نظری و آزمایشگاهی، دربارهٔ پدیده‌های روان‌گرایی است، زیرا رفتار تنش-کرنش خاک پیش و پس از راه‌اندازی روان‌گرایی پیچیده است و به‌طور کامل شناخته نشده است. هیچ مدل رفتاری در دسترسی همهٔ رفتار مرتبط خاک را در چارچوبی سختگیرانه و فیزیک‌بنیان به‌چنگ نمی‌آورد. پژوهش دربارهٔ اتساع خاک پیش و پس از راه‌اندازی روان‌گرایی، دربارهٔ دگرگونی رفتار از جامد به مایع لزج که می‌تواند همراه راه‌اندازی رخ دهد، و دربارهٔ سازوکارهایی که تخریب ساختار پس از راه‌اندازی و اثرگذار بر رفتار تنش-کرنش خاک‌ها را کنترل می‌کنند، لازم است. سازوکارهای بازآرایی و بازتحکیم ذره‌ها پس از راه‌اندازی، و نیز اثر تراکم نسبی و تنش تحکیم بر این سازوکارها، به‌خوبی شناخته نشده‌اند و بویژه به پژوهش بیشتری نیاز دارند.
بهبود پژوهش و تجربه در آینده
ارزیابی روان‌گرایی در صورتی بهبود می‌یابد که با داده‌های بیشتر و بهتر، با کمّی‌سازی عدم‌قطعیت‌ها و با اصول بنیادی علمی و مهندسی پشتیبانی شود. تجربهٔ مهندسی هنگامی پیشرفت می‌کند که روش‌های نوینی توسعه یابند که نیازها و منابع مهندسان شاغل را در نظر بگیرند و برای پیاده‌سازی آسان طراحی شده باشند. مبنای بنیادی و کاربردپذیری روش‌های ارزیابی نو باید قابل درک باشد، و خروجی‌های مدل‌ها باید به مسائل مورد نظر قابل تبدیل باشد. محدودیت‌های مدل‌ها باید به‌روشنی تعریف شود تا بتوان پایایی مدل را در شرایط معین درک کرد. رویکردهای ارزیابی روان‌گرایی همچنین باید با دیگر جنبه‌های تجربهٔ مهندسی زمین‌لرزه همگام بماند؛ برای نمونه، با سازگار بودن با طراحی عملکردمحور.
پیشبرد وضعیت دانش و تجربه در ارزیابی روان‌گرایی به تلاش هماهنگ نه‌تنها پژوهشگران و شاغلان مهندسی، بلکه مالکان تأسیسات و ذی‌نفعان در سطح کلان نیاز دارد. پژوهشگران می‌توانند داده‌های سوابق موردی میدانی باکیفیت بیشتری همراه با داده‌های آزمایشگاهی و آزمایش مدل، و همچنین مدل‌های دقیق‌تری برای ارزیابی روان‌گرایی خاک ناشی از زمین‌لرزه فراهم کنند. شاغلان باید محدودیت‌های رویکردهای توصیف و ارزیابی و کنترل‌های زمین‌شناختی و زمین‌ساختی بر خطرهای روان‌گرایی در ساختگاه‌های خود را بهتر درک کنند. مالکان تأسیسات می‌توانند از ایجاد پایگاه‌های دادهٔ عمومی سوابق موردی و رصدخانه‌های میدانی به‌خوبی توصیف‌شده و تجهیز‌شده برای مطالعهٔ اثرهای روان‌گرایی پشتیبانی کنند. ذی‌نفعانی مانند برنامه‌ریزان منطقه‌ای می‌توانند از توسعهٔ نقشه‌برداری خطر روان‌گرایی در سطح منطقه پشتیبانی کنند. تنها از راه تلاش‌های مشارکتی و میان‌رشته‌ای است که ارزیابی راه‌اندازی روان‌گرایی و پیامدهای آن می‌تواند دگرگونی‌های بنیادی لازم برای بهبود اساسی تجربه را از سر بگذراند.