СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОГО МИКРОРАЙОНИРОВАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к области инженерной сейсмологии, а именно к способам оценки интенсивности сотрясений с учетом свойств грунтов, слагающих площадку строительства.

Известен способ сейсмического микрорайонирования, включающий возбуждение сейсмических колебаний в грунте вибрационным источником и регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, построение спектров сейсмических колебаний соответствующих грунтов и оценку на основе этих характеристик приращения балльности. (Патент РФ по заявке N 5018124/25(065239), приоритет 1991, кл. G 01 V 1/00, 1995).

Недостатком способа является низкая надежность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ сейсмического микрорайонирования, включающий возбуждение сейсмических колебаний в грунте источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, определение средневзвешенной частоты колебаний исследуемого и эталонного грунтов и приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта (патент РФ 1787276, кл. G 01V 1/00, 1993).

Недостатком способа является низкая надежность и точность из-за отсутствия контроля за степенью нелинейного поведения грунтов, слагающих грунтовую толщу, что весьма важно для оценки их физического состояния или сейсмических свойств, обусловленных особенностями нелинейных явлений в грунтах при интенсивных сейсмических воздействиях.

Техническая задача изобретения - повышение надежности и точности за счет контроля за вкладом в результирующее грунтовое движение нелинейных явлений.

Для достижения поставленной технической задачи в способе сейсмического микрорайонирования, включающем возбуждение сейсмических колебаний в грунте источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, определение средневзвешенной частоты колебаний исследуемого и эталонного грунтов и приращения балльности и суждение по значениям приращения балльности о степени сейсмического эффекта, определяют магнитуды воздействия, измеряют пиковые ускорения и длительности колебаний, а приращения балльности определяют из соотношения

где δI - приращение балльности при изменяющейся энергии воздействия, δI = ΔI_i-ΔI₀; ,
ΔI_i - приращение балльности на исследуемом грунте, балл;
ΔI₀ - приращение балльности на эталонном грунте, балл;
M₁ - магнитуда n-го сейсмического воздействия;
t_i1 - длительность колебаний исследуемого грунта при n-м сейсмическом воздействии, с;
f_свi1 - средневзвешенная частота колебаний исследуемого грунта при n-м сейсмическом воздействии, Гц;
а_i1 - пиковое ускорение колебаний исследуемого грунта при n-ом сейсмическом воздействии, м/с²;
М₂ - магнитуда (n+1)-го сейсмического воздействия;
t_i2 - длительность колебаний исследуемого грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, с;
f_свi2 - средневзвешенная частота колебаний исследуемого грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, Гц;
а_i2 - пиковое ускорение колебаний исследуемого грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, м/с²;
t₀₁ - длительность колебаний эталонного грунта при n-м сейсмическом воздействии, с;
f_св01 - средневзвешенная частота колебаний эталонного грунта при n-м сейсмическом воздействии, Гц;
a₀₁ - пиковое ускорение колебаний эталонного грунта при n-ом сейсмическом воздействии, м/с²;
t₀₂ - длительность колебаний эталонного грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, с;
f_св02 - средневзвешенная частота колебаний эталонного грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, Гц;
a₀₂ - пиковое ускорение колебаний эталонного грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, м/с².

В основе способа лежит установленная методами многовариантного статистического анализа инструментальных записей сильных землетрясений зависимость волнового поля сейсмических воздействий от грунтовых условий регистрации и характеристик сейсмического воздействия. В табл. 1 приведены результаты сопоставления материалов инженерного макросейсмического обследования эпицентральной зоны Рачинского землетрясения (Грузия, 1991) и параметров инструментальных записей, полученных сетью цифровых акселерографов SMACH, в различных грунтовых условиях. Расчеты приращений балльности производились с помощью предлагаемого соотношения. Нелинейная связь напряжения и деформации рыхлого грунта обуславливает неодинаковое искажение фаз сжатия и растяжения, увеличение фазы разрежения в более "слабых" грунтах, приводящее к зависимости динамических показателей движения грунта от энергии воздействия.

Способ сейсмического микрорайонирования осуществляется следующим образом.

На территории, подлежащей сейсмическому микрорайонированию, производятся инженерно-геологические исследования, на основании которых выделяются типичные участки с различными инженерно-геологическими условиями. После этого в пределах выделенных участков располагают сейсмоприемники.

Регистрируют стандартное воздействие в пределах от минимального до максимального действия источника, создающего в грунте напряжение не менее 5 кг/см², что позволяет приблизиться к реальным сейсмическим воздействиям.

Определяют магнитуды воздействия, измеряют пиковые ускорения и длительности колебаний, определяют средневзвешенные частоты колебаний исследуемого и эталонного грунтов.

Определяют приращения балльности из соотношения

где δI - приращение балльности при изменяющейся энергии воздействия, δI = ΔI_i-ΔI₀; ;
ΔI_i - приращение балльности на исследуемом грунте, балл;
ΔI₀ - приращение балльности на эталонном грунте, балл;
M₁ - магнитуда n-го сейсмического воздействия;
t_i1 - длительность колебаний исследуемого грунта при n-м сейсмическом воздействии, с;
f_свi1 - средневзвешенная частота колебаний исследуемого грунта при n-м сейсмическом воздействии, Гц;
а_i1 - пиковое ускорение колебаний исследуемого грунта при n-м сейсмическом воздействии, м/с²;
М₂ - магнитуда (n+1)-го сейсмического воздействия;
t_i2 - длительность колебаний исследуемого грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, с;
f_свi2 - средневзвешенная частота колебаний исследуемого грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, Гц;
а_i2 - пиковое ускорение колебаний исследуемого грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, м/с²;
t₀₁ - длительность колебаний эталонного грунта при n-м сейсмическом воздействии, с;
f_св01 - средневзвешенная частота колебаний эталонного грунта при n-м сейсмическом воздействии, Гц;
a₀₁ - пиковое ускорение колебаний эталонного грунта при n-м сейсмическом воздействии, м/с²;
t₀₂ - длительность колебаний эталонного грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, с;
f_св02 - средневзвешенная частота колебаний эталонного грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, Гц;
а₀₂ - пиковое ускорение колебаний эталонного грунта при (n+1)-м сейсмическом воздействии, м/с²,
и по значениям приращений балльности судят о степени сейсмического эффекта.

Пример осуществления способа сейсмического микрорайонирования.

На территории г. Гори были проведены геолого-геофизические работы по оценке сейсмической опасности грунтов, слагающих основные зоны города с проявленной интенсивностью сейсмического воздействия.

В качестве источника создаваемого напряжения использовался импульсный невзрывной источник со стандартным n-м воздействием в виде импульса в пределах максимального действия источника, создающего в грунте напряжение не менее 5 кг/см², и со стандартным (n+1)-м воздействием в виде импульса в пределах минимального действия источника, создающего в грунте напряжение 0,5-1,0 кг/см², что позволяет исследовать реакцию грунтовой толщи на сейсмические воздействия с изменяющейся энергией.

В таблице 2 приведен расчет приращения балльности грунтов территории г. Гори.

В таблице 3 приведены расчеты приращения балльности грунтов территории г.Гори по известным и предлагаемым способам.

Преимущества предложенного способа сейсмического микрорайонирования заключаются в том, что интенсивности возбуждаемых колебаний приближаются к соответствующим характеристикам при землетрясениях, причем сопоставление показателей движения грунтов, при различных энергиях воздействий, позволяет непосредственно оценивать и контролировать степень нелинейности в грунтах и связь их с сейсмическими свойствами в виде изменения приращения балльности на выделенных участках по величине изменения напряженного состояния грунтов.

Использование: в области инженерной сейсмологии, а именно для оценки интенсивности сейсмических колебаний с учетом свойств грунтов, слагающих площадку строительства. Способ направлен на повышение надежности оценок и снижение затрат. Сущность изобретения: в грунте искусственным источником производят возбуждение сейсмических колебаний, регистрируют их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями. Определяют магнитуды воздействий, измеряют пиковые ускорения и длительности колебаний, определяют средневзвешенные частоты колебаний исследуемого и эталонного грунтов. И определяют приращение балльности. 3 табл.

Способ сейсмического микрорайонирования, включающий возбуждение сейсмических колебаний в грунте источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, определение средневзвешенной частоты колебаний исследуемого и эталонного грунтов и приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта, отличающийся тем, что определяют магнитуды воздействия, измеряют пиковые ускорения и длительности колебаний, а приращения балльности определяют из соотношения

где δI - приращение балльности при изменяющейся энергии воздействия, δI = ΔI_i-ΔI_o;
ΔI_i - приращение балльности на исследуемом грунте, балл;
ΔI_o - приращение балльности на эталонном грунте, балл;
М₁ - магнитуда n-го сейсмического воздействия;
t_i1 - длительность колебаний исследуемого грунта при n-м сейсмическом воздействии, с;
f_свi1 - средневзвешенная частота колебаний исследуемого грунта при n-м сейсмическом воздействии, Гц;
а_il - пиковое ускорение колебаний исследуемого грунта при n-ом сейсмическом воздействии, м/с²;
М₂ - магнитуда (n + 1)-го сейсмического воздействия;
t_i2 - длительность колебаний исследуемого грунта при (n + 1)-м сейсмическом воздействии, с;
f_свi2 - средневзвешенная частота колебаний исследуемого грунта при (n + 1)-м сейсмическом воздействии, м/с²;
t₀₁ - длительность колебаний эталонного грунта при n-м сейсмическом воздействии, с;
f_св01 - средневзвешенная частота колебаний эталонного грунта при n-м сейсмическом воздействии, Гц;
а₀₁ - пиковое ускорение колебаний эталонного грунта при n-м сейсмическом воздействии, м/с²;
t₀₂ - длительность колебаний эталонного грунта при (n + 1)-м сейсмическом воздействии, с;
f_св02 - средневзвешенная частота колебаний эталонного грунта при (n + 1)-ом сейсмическом воздействии, Гц;
а₀₂ - пиковое ускорение колебаний эталонного грунта при (n +1 )-ом сейсмическом воздействии, м/с².