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 оценке 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 плотностей исследуемого и эталонного грунтов, построение спектров колебаний исследуемого и эталонного грунтов, 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 точностью определения частоты колебаний, исследуемой грунтовой толщи, 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 искусственным источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, измерение плотности исследуемого и эталонного грунтов, построение спектров колебаний исследуемого и эталонного грунтов, определение приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта, измеряют скорости распространения поперечных волн, определяют частоту колебаний исследуемого и эталонного грунтов, а приращения балльности определяют из соотношения:

где ρ₁ - плотность эталонного грунта, кг/м³;
V₁ - скорость распространения поперечной волны в эталонном грунте, м/с;
f_(H/V)1 - частота колебаний эталонного грунта, Гц;
ρ₂ - плотность исследуемого грунта, кг/м³;
V₂ - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, м/с;
f_(H/V)2 - частота колебаний исследуемого грунта, Гц.

Частоту колебаний исследуемого и эталонного грунтов определяют путем деления спектра горизонтальных колебаний на спектр вертикальных колебаний исследуемого и эталонного грунтов.

В основе способа лежит установленное повышение надежности и достоверности определения частоты колебаний грунтовой толщи, возбуждаемых искусственным источником, определяемой путем деления спектра горизонтальных колебаний на спектр вертикальных колебаний.

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.

В пределах каждого участка располагают искусственный источник (например, СИ-32, ГСК-6, СВ-10/100 и т.д.) и производят стандартное воздействие в пределах максимального действия источника, создающего в грунте напряжение не менее 5 кг/см², что позволяет приблизиться к реальным сейсмическим воздействиям.

Измеряют скорости распространения поперечных волн в исследуемых и эталонных грунтах, строят спектры колебаний, определяют плотности и частоту колебаний исследуемых и эталонных грунтов, причем частоты колебаний определяют путем деления спектра горизонтальных колебаний на спектр вертикальных колебаний исследуемого и эталонного грунтов.

Определяют приращения балльности из соотношения:

где ρ₁ - плотность эталонного грунта, кг/м³;
V₁ - скорость распространения поперечной волны в эталонном грунте, м/с;
f_(H/V)1 - частота колебаний эталонного грунта, Гц;
ρ₂ - плотность исследуемого грунта, кг/м³;
V₂ - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, м/с;
f_(H/V)2 - частота колебаний исследуемого грунта, Гц;
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 СИ-32 (энергия воздействия 50 кДж) со стандартным воздействием в виде импульса в пределах максимального действия источника, создающего в грунте напряжение не менее 5 кг/см², что позволяет приблизиться к реальным сейсмическим воздействиям, строились спектры сейсмических колебаний, определялись скорости поперечной волны и частоты колебаний исследуемых и эталонных грунтов. Определялась плотность исследуемого и эталонного грунтов.

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

В табл. 2 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 частоты сейсмических колебаний грунтов, определяемой путем деления спектра горизонтальных колебаний на спектр вертикальных колебаний, позволяет непосредственно оценивать и контролировать степень нелинейности в грунтах и связь их с сейсмическими свойствами в виде приращения балльности на выделенных участках по величине изменения частот колебаний грунтов в связи с изменением напряженного состояния грунтов.

Использование: в инженерной сейсмологии, а именно в способах оценки интенсивности с учетом свойств грунтов, слагающих площадку строительства. Сущность: в грунте искусственным источником производят возбуждение сейсмических колебаний, регистрируют их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, строят спектры колебаний исследуемого и эталонного грунтов. Измеряют скорости распространения поперечных волн и плотности исследуемого и эталонного грунтов и определяют частоты колебаний исследуемого и эталонного грунтов путем деления спектра горизонтальных колебаний на спектр вертикальных колебаний исследуемого и эталонного грунтов. Определяют приращения балльности из соотношения

где ρ₁ - плотность эталонного грунта, кг/м³; V₁ - скорость распространения поперечной волны в эталонном грунте, м/с; f_(н/v)1 - частота колебаний эталонного грунта, Гц; ρ₂ - плотность исследуемого грунта, кг/м³; V₂ - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, м/с; f_(н/v)2 - частота колебаний исследуемого грунта, Гц. По значениям приращений балльности судят о степени сейсмического эффекта. Технический результат: повышение надежности и точности за счет контроля за вкладом в результирующее грунтовое движение нелинейных 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 плотности исследуемого и эталонного грунтов, построение спектров колебаний исследуемого и эталонного грунтов, определение приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта, отличающийся тем, что измеряют скорости распространения поперечных волн в исследуемом и эталонном грунтах, определяют частоту колебаний исследуемого и эталонного грунтов, а приращения балльности определяют из соотношения:

где ρ₁ - плотность эталонного грунта, кг/м³;
V₁ - скорость распространения поперечной волны в эталонном грунте, м/с;
f_(H/V)1 - частота колебаний эталонного грунта, Гц;
ρ₂ - плотность исследуемого грунта, кг/м³;
V₂ - скорость распространения продольной волны в исследуемом грунте, м/с;
f_(H/V)2 - частота колебаний исследуемого грунта, Гц;
при этом частоту колебаний исследуемого и эталонного грунтов определяют путем деления спектра горизонтальных колебаний на спектр вертикальных колебаний исследуемого и эталонного грунтов.