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, определение значения скоростей поперечных волн, плотностей соответствующих грунтов и оценку на основе этих характеристик приращения балльности (патент РФ, 1787276, кл. G 01 V 1/00, 1993).

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 вибрационным источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, измерение углов наклона земной поверхности исследуемого и эталонного грунтов, примыкающих к вибрационному источнику, определение приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта (см. патент РФ N 2105995, кл. G 01 V 1/00, 1998).

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

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

Для достижения поставленной технической задачи в способе сейсмического микрорайонирования, включающем возбуждение сейсмических колебаний в грунте вибрационным источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, измерение углов наклона земной поверхности исследуемого и эталонного грунтов, примыкающих к вибрационному источнику, определение приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта, измеряют углы наклона земной поверхности исследуемого и эталонного грунтов, находящихся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, а приращения балльности определяют из соотношения:

где θ_i1 - угол наклона земной поверхности исследуемого грунта, примыкающего к вибрационному источнику, радиан;
θ_i2 - угол наклона земной поверхности исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, радиан;
θ₀₁ - угол наклона земной поверхности эталонного грунта, примыкающего к вибрационному источнику, радиан;
θ₀₂ - угол наклона земной поверхности эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, радиан.

В основе способа лежит нелинейный эффект в виде возникновения постоянной составляющей поля смещений в зоне больших деформаций. Нелинейная связь напряжения и деформации рыхлого грунта обуславливает неодинаковое искажение фаз сжатия и растяжения, увеличение фазы разрежения в более "слабых" грунтах, приводящее при работе вибратора на земной поверхности к преобладающему движению грунта вверх.

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 идентичные или протарированные наклономеры.

В пределах каждого участка располагают вибрационный источник (например, СВ-10/100 с рабочей полосой частот 4-100 Гц и т.п.) и производят стандартное воздействие в виде монохроматического сигнала в пределах максимального действия источника, создающего в грунте напряжение не менее 5 кг/см², что позволяет приблизиться к реальным сейсмическим воздействиям.

Измеряют углы наклона земной поверхности исследуемого и эталонного грунтов, примыкающих к вибрационному источнику и находящихся на расстояниях больших длины волны сейсмических колебаний.

Определяют приращения балльности из соотношения:

где θ_i1 - угол наклона земной поверхности исследуемого грунта, примыкающего к вибрационному источнику, радиан;
θ_i2 - угол наклона земной поверхности исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, радиан;
θ₀₁ - угол наклона земной поверхности эталонного грунта, примыкающего к вибрационному источнику, радиан;
θ₀₂ - угол наклона земной поверхности эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, радиан,
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 сейсмических колебаний использовался вибрационный источник со стандартным воздействием в виде монохроматического сигнала в пределах максимального действия источника, создающего в грунте, примыкающем к вибрационному источнику, напряжение не менее 5 кг/см², что позволяет приблизиться к реальным сейсмическим воздействиям. С помощью пузырьковых наклономеров измерялись углы наклона земной поверхности. Время воздействия составляло не менее t= 20 c; максимальное воздействие характеризовалось силой 100 кН.

В таблице 1 приведен расчет приращения балльности грунтов территории г. Гори.

В таблице 2 приведены расчеты приращения балльности грунтов территории г. Гори по известным и предложенному способам.

Преимущество предложенного способа сейсмического микрорайонирования заключается в том, что интенсивности возбуждаемых колебаний приближаются к соответствующим характеристикам при землетрясениях, причем сопоставление показателей нелинейности в грунтах на расстояниях, примыкающих к вибрационному источнику и большем длины волны сейсмических колебаний, позволяет непосредственно оценивать и контролировать степень неупругости в грунтах и их связь с сейсмическими свойствами в виде приращения балльности на выделенных участках по величине углов наклона земной поверхности на стандартное вибрационное воздействие.

Использование: в 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. Измеряют углы наклона земной поверхности исследуемого и эталонного грунтов, примыкающих к вибрационному источнику и находящихся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, и определяют приращение балльности. 2 табл.

Способ сейсмического микрорайонирования, включающий возбуждение сейсмических колебаний в грунте вибрационным источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, измерение углов наклона земной поверхности исследуемого и эталонного грунтов, примыкающих к вибрационному источнику, определение приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта, отличающийся тем, что измеряют углы наклона земной поверхности исследуемого и эталонного грунтов, находящихся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, а приращения балльности определяют из соотношения

где θ_i1 - угол наклона земной поверхности исследуемого грунта, примыкающего к вибрационному источнику, рад;
θ_i2 - угол наклона земной поверхности исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, рад;
θ₀₁ - угол наклона земной поверхности эталонного грунта, примыкающего к вибрационному источнику, рад;
θ₀₂ - угол наклона земной поверхности эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, рад.