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 искусственным источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, измерение скоростей распространения продольных волн и плотностей исследуемого и эталонного грунтов, находящихся на расстоянии, меньшем длины сейсмических волн, определение приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта (см. патент РФ N 2099751, 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 искусственным источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, измерение скорости распространения продольных волн и плотностей в исследуемом и эталонном грунтах, находящихся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, определение приращений балльности и суждение по значениям приращения балльности о степени сейсмического эффекта, измеряют скорости распространения продольных волн и плотностей исследуемого и эталонного грунтов, находящихся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, а приращения балльности определяют из соотношения:

где ρ_i1 - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V_i1 - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV_i1 - изменение скорости распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ρ_i2 - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V_i2 - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV_i2 - изменение скорости распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ρ₀₁ - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м;
V₀₁ - скорость распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV₀₁ - изменение скорости распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ρ₀₂ - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³
V₀₂ - скорость распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV₀₂ - изменение скорости распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с.

В основе способа лежит явление тензочувствительности, характеризующей изменение физических свойств горных пород - скорости сейсмических волн, обусловленное изменением напряженного состояния.

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 датчики ультразвукового дефектоскопа.

В пределах каждого участка располагают искусственный источник (например, вибрационный источник СВ-10/100 с рабочей полосой частот 4-100 Гц, импульсный СИ-32 и т.п.) и производят стандартное воздействие в виде монохроматического сигнала, "свип"-сигнала или импульса в пределах максимального действия источника, создающего в грунте напряжение не менее 5 кг/см², что позволяет приблизиться к реальным сейсмическим воздействиям.

Измеряют скорости продольных волн в отсутствии воздействия и при воздействии искусственного источника в исследуемом и эталонном грунтах, находящихся на расстояниях, меньшем и большем длины волны сейсмических колебаний.

Определяют приращения балльности из соотношения:

где ρ_i1 - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³
V_i1 - скоpocть распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV_i1 - изменение скорости распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ρ_i2 - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³
V_i2 - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV_i2 - изменение скорости распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ρ₀₁ - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³
V₀₁ - скорость распространения продольной волны в эталонном грунте, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV₀₁ - изменение скорости распространения продольной волны в эталонном грунте, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ρ₀₂ - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³
V₀₂ - скорость распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV₀₂ - изменение скорости распространения продольной волны в эталонном грунте, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
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 или "свип"-сигнала в пределах максимального действия источника, создающего в грунте напряжение не менее 5 кг/см², что позволяет приблизиться к реальным сейсмическим воздействиям, и измерялась скорость продольной волны в грунте с помощью ультразвукового дефектоскопа (например, УК-14П и т.п.). Сопоставление скоростей продольных волн в грунте, измеренных в напряженном и ненапряженном состоянии, определяет изменение скорости продольной волны. Определялись плотности исследуемого и эталонного грунта. 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.

Преимущества предложенного способа сейсмического микрорайонирования заключаются в том, что интенсивности возбуждаемых колебаний приближаются к соответствующим характеристикам при землетрясениях, причем сопоставление показателей нелинейности в грунтах на расстоянии, меньшем 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 сейсмическим жесткостям и тензочувствительности в виде изменения скорости продольных волн, обусловленного изменением напряженного состояния грунтов.

Использование: область инженерной сейсмологии, а именно способы оценки интенсивности с учетом свойств, слагающих площадку строительства. Сущность: в грунте искусственным источником производят возбуждение сейсмических колебаний, регистрируют их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями. Измеряют скорости распространения продольных волн и плотности в исследуемом и эталонном грунтах, находящихся на расстояниях, меньших и больших длины волны сейсмических колебаний. Определяют приращения балльности из соотношения где ρ_i1 - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³; V_i1 - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с; ΔV_i1 - изменение скорости распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с; ρ_i2 - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³; V_i2 - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с; ΔV_i2 - изменение скорости распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с; ρ_o1 - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³; V₀₁ - скорость распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с; ΔV_o1 - изменение скорости распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с; ρ_o2 - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³; V₀₂ - скорость распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с; ΔV_o2 - изменение скорости распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с. По значениям приращений балльности судят о степени сейсмического эффекта. Технический результат - повышение надежности и точности за счет контроля за вкладом в результирующее грунтовое движение неупругих явлений. 2 табл.

Способ сейсмического микрорайонирования, включающий возбуждение сейсмических колебаний в грунте искусственным источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, измерение скоростей распространения продольных волн и плотностей в исследуемом и эталонном грунтах, находящихся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, определение приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта, отличающийся тем, что измеряют скорости распространения продольных волн и плотностей в исследуемом и эталонном грунтах, находящихся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, а приращения балльности определяют из соотношения

где ρ_i1 - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V_i1 - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV_i1 - изменение скорости распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ρ_i2 - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V_i2 - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV_i2 - изменение скорости распространения продольной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ρ₀₁ - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V₀₁ - скорость распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV₀₁ - изменение скорости распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ρ₀₂ - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V₀₂ - скорость распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
ΔV₀₂ - изменение скорости распространения продольной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с.