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

Изобретение относится к 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 оценке 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 искусственным источником, регистрацию их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, измерение плотности исследуемого и эталонного грунтов, построение спектров колебаний грунтов, определение приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта (патент РФ 1787276, кл. G 01 V 1/00, 1993).

Недостатком способа является низкая надежность и точность из-за отсутствия контроля за степенью неупругого поведения грунтов, слагающих грунтовую толщу, что весьма важно для оценки их физического состояния или сейсмических свойств, обусловленных особенностями проявления неупругих 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 грунтов, определение приращения балльности и суждение по значениям приращения балльности о степени сейсмического эффекта, определяют скорости распространения поперечных волн и частоту колебаний исследуемого и эталонного грунтов, находящихся на расстоянии, меньшем и большем длины волны сейсмических колебаний, а приращения балльности определяют из соотношения:

где ρ_i1 - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V_i1 - скорость распространения поперечной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)i)₁ - частота колебаний эталонного грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, Гц;
ρ_i2 - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V_i2 - скорость распространения поперечной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)i)₂ - частота колебаний эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, Гц;
ρ₀₁ - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V₀₁ - скорость распространения поперечной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)o)₁ - частота колебаний исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, Гц;
ρ₀₂ - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V₀₂ - скорость распространения поперечной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)o)₂ - частота колебаний исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, Гц,
при этом частоту колебаний исследуемого и эталонного грунтов, определяют путем деления спектра горизонтальных колебаний на спектр вертикальных колебаний.

В основе способа лежит установленное повышение надежности и достоверности данных из-за адекватного учета явлений неупругости в условиях интенсивных сейсмических воздействий сопоставлением параметров колебаний грунтов в ближней и дальней зонах источника и определения частоты колебаний грунтовой толщи 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.

Определяют плотности, скорости поперечной волны и частоты колебаний грунтов, причем последние путем деления спектра горизонтальных колебаний на спектр вертикальных исследуемого и эталонного грунтов, находящихся на расстоянии, меньшем и большем длины волны сейсмических колебаний.

Определяют приращения балльности из соотношения:

где ρ_i1 - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V_i1 - скорость распространения поперечной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)i)₁ - частота колебаний эталонного грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, Гц;
ρ_i2 - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V_i2 - скорость распространения поперечной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)i)₂ - частота колебаний эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, Гц;
ρ₀₁ - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V₀₁ - скорость распространения поперечной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)o)₁ - частота колебаний исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, Гц;
ρ₀₂ - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V₀₂ - скорость распространения поперечной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)o)₂ - частота колебаний исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, 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, и определялись плотности, скорости распространения поперечных волн и частоты колебаний исследуемых и эталонных грунтов, находящихся на расстоянии, меньшем и большем длины волны сейсмических колебаний.

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 показателей нелинейности в грунтах на расстояниях, меньшем и большем длины волны сейсмических колебаний, позволяет непосредственно оценивать и контролировать степень неупругости 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 для оценки интенсивности сейсмических колебаний с учетом свойств грунтов, слагающих площадку строительства. Способ направлен на повышение надежности 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 плотности исследуемого и эталонного грунтов, строят спектры колебаний грунтов. Определяют скорости распространения поперечных волн. Измеряют частоты колебаний исследуемого и эталонного грунтов, находящихся на расстоянии, меньшем и большем длины волны сейсмических колебаний, определяют приращения балльности. 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 грунтов, определение приращений балльности и суждение по значениям приращений балльности о степени сейсмического эффекта, отличающийся тем, что определяют скорости распространения поперечных волн и частоты колебаний исследуемого и эталонного грунтов, находящихся на расстоянии, меньшем и большем длины волны сейсмических колебаний, а приращения балльности определяют из соотношения

где ρ_i1 - - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V_i1 - скорость распространения поперечной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)i)₁ - частота колебаний эталонного грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, Гц;
ρ_i2 - - плотность эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V_i2 - скорость распространения поперечной волны в эталонном грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)i)₂ - частота колебаний эталонного грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, Гц;
ρ₀₁ - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V₀₁ - скорость распространения поперечной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)0)₁ - частота колебаний исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, меньшем длины волны сейсмических колебаний, Гц;
ρ₀₂ - плотность исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, кг/м³;
V₀₂ - скорость распространения поперечной волны в исследуемом грунте, находящемся на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, м/с;
(f_(H/V)0)₂ - частота колебаний исследуемого грунта, находящегося на расстоянии, большем длины волны сейсмических колебаний, Гц,
при этом частоту колебаний исследуемого и эталонного грунтов определяют путем деления спектра горизонтальных колебаний на спектр вертикальных колебаний.