СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ УЧАСТКОВ НА КРУТЫХ СКЛОНАХ ПОД СТРОИТЕЛЬСТВО ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Российский патент 2011 года по МПК G01V1/00 E02D1/02 

Задача сохранения устойчивости склонов сводится к оценке влияния сейсмических волн на устойчивость отдельных его участков (блоков) и/или районированию территории склона по распределению «закачиваемой» в настоящее время энергии техногенного и природного происхождения и вероятного «приема» энергии в будущем.

Основной принцип сохранения устойчивости склонов заключается в том, чтобы его не трогать. А если его тронули тем или иным способом, то необходимо срочно принимать меры по сохранению устойчивости склона или его отдельных блоков.

О сохранении устойчивости пустых от застроек крутых склонов можно особенно не заботиться. Необходимо выполнить его районирование по вероятному «приему» внешней энергии, к примеру, от сейсмических волн во время землетрясений и обозначить наиболее опасные места, где не следует устанавливать временные стоянки для отдыха и т.п.

Исследованию и оценке подлежат пустые склоны, в основном - крутые, застраиваемые склоны и/или уже застроенные. При этом, учитывая наличие большого числа неустойчивых склонов, методы и критерии оценки устойчивости должны быть просты, оперативны и надежны.

При застройке склона необходимо определить: где строить, как строить и что строить, то есть проект на застройку должен учитывать особенности склона. Очевидно, что в первую очередь не здание должны беречь на склоне-оползне, а оползень (склон) беречь от строящихся и/или уже построенных зданий.

Если здания уже построены, то следует тщательно изучить влияние застроек на склон и попытаться, если это возможно, указать, какие меры должны быть приняты для сохранения устойчивости склона. Опять же, учитывая, что в большинстве случаев некому принимать меры безопасности, - указать, что нельзя больше делать, где наиболее опасно находится во время землетрясений, а где наиболее безопасные участки.

Наиболее быстро и дешево перечисленные задачи могут быть решены на основе данных о современном состоянии напряженности пород склона и его способности перераспределять приходящую естественную и техногенную сейсмическую энергию. Такая постановка задачи сводит наши методы к картированию склона по резонансным свойствам, а в более сложных и/или ответственных случаях - к оценке напряженного состояния пород склона, картированию резонансных свойств склона, поиску волноводов и оценке замкнутости части склона как объекта в целом.

Оценка состояния пустого склона производится по результатам исследования акустической эмиссии по естественным и искусственным полям. Оценка состояния планируемого под застройку крутого склона начинается также с изучения акустической эмиссии, картирования его резонансных характеристик, подводящих каналов - волноводов и сопоставления их с волновыми характеристиками зданий и сооружений для выделения мест под застройку конкретных зданий с заданными характеристиками, или выбора типа зданий для данного склона.

При застройке крутых склонов необходимо согласовать свободные колебания зданий с резонансными частотами грунтов. Для этого производятся наблюдения на подобных зданиях, построенных в аналогичных условиях, и/или выполняются упрощенные расчеты.

Измеренные вынужденные колебания зданий возбуждаются колебаниями грунта и с достаточной для практики точностью можно считать, что они являются их свободными колебаниями. Теоретические периоды свободных колебаний гражданских зданий с несущими стенами могут быть оценены по упрощенным формулам [1]:

- для кирпичных зданий T=0,0165 H,

- для крупноблочных зданий T=0,014 H,

где Н - высота здания в метрах, T - период в секундах.

Выполненные измерения и расчеты показывают, что собственные частоты колебания трех-пятиэтажных зданий колеблются от 2,5 до 5 Гц. При этом после частичного разрушения этих зданий их частота уменьшается, а после капитального ремонта из-за увеличения жесткости зданий - увеличивается. Таким образом, при застройке крутых склонов можно указать - где и какое здание может быть построено.

В качестве примера рассмотрим районирование оползня «Приветнинского» (Крым) по энергии акустической эмиссии для возможной его застройки одноэтажными зданиями высотой 4-5 м. Это приведет к воздействию зданий на грунты с частотой около 12-15 Гц, что не создает резонанса с толщей находящихся под зданием грунтов, резонансные частоты которых 6-8 Гц. Следует заметить, что в этих местах будет выделяться большая энергия за счет землетрясений. Поэтому лучшим вариантом застройки будет такой, когда здания будут строиться на грунтах, верхние толщи которых имеют свободные колебания более 30 Гц. Обычно это такие разрезы, в которых верхний низкоскоростной слой имеет мощность не более 6-7 метров. На указанном оползне это верхняя его часть. Нижняя часть, которая ближе к морю - опасна для строительства.

Исследование застроенных крутых склонов сводится к картированию свободных колебаний зданий и резонансных свойств грунтов между зданиями. При этом следует учитывать влияние колебания здания на колебания грунтов и измерения колебаний грунтов производить на некотором расстоянии от зданий, которое может быть определено опытным путем.

Таким образом, способ выделения участков на крутых склонах под строительство зданий и сооружений сводится к съемке акустической эмиссии в инфразвуковом диапазоне частот (от 1 до 500 Гц), с частотой регистрации 1000 Гц в течение 1 минуты, в заданной (обычно равномерной) сети точек. В каждой точке строят до 5 спектров акустической эмиссии на различных интервалах времени одноминутной регистрации и вычисляют средний и/или преобладающий спектр, по которому выделяют собственные (резонансные) частоты верхнего слоя в каждой точке крутого склона и дисперсию собственных частот. Собственные колебания верхнего слоя сравнивают с собственными колебаниями зданий и сооружений, оцененными по упрощенным теоретическим формулам и/или экспериментально - на объектах соседних участков. При равенстве собственных частот проектируемых объектов и верхнего слоя крутого склона - запрещают строительство таких объектов, а при их различии - разрешают строительство, оконтуривают разрешенные точки и получают границы пригодных для строительства участков. Проверка гипотезы о равенстве средних (собственные частоты здания и верхнего слоя) производится по критерию Стьюдента [2].

Литература

1. Павлюк B.C. Исследования свободных колебаний зданий с несущими стенами. Сб. «Исследования по сейсмостойкости зданий и сооружений» М.: Стройиздат, 1960, с.35-59.

2. Г.Л.Громыко, М.В.Крысина, А.Н.Воробьев и др., под ред. Г.Л.Громыко, Теория статистики: Учебник, М.: ИНФРА-М, 2000, 413 с.

Изобретение относится к области акустических исследований массива и может быть использовано для выделения участков, пригодных для строительства зданий и сооружений. Сущность: проводят акустическую съемку крутого склона в инфразвуковом диапазоне частот от 1 до 500 Гц по равномерной сети точек с частотой регистрации 1000 Гц в течение 1 минуты. В каждой точке строят до 5 спектров акустической эмиссии на различных интервалах времени регистрации. Вычисляют средний и/или преобладающий спектр, по которому выделяют собственные частоты верхнего слоя в каждой точке крутого склона и ее дисперсию. Сравнивают собственные колебания верхнего слоя с собственными колебаниями зданий и сооружений, оцененными по теоретическим формулам и/или экспериментально. При равенстве собственных частот проектируемых объектов собственным частотам верхнего слоя строительство объектов запрещают, а при различии - разрешают. Кроме того, оконтуривают разрешенные точки и получают границы пригодных для строительства участков. Технический результат: повышение оперативности и экономичности выделения участков.

Способ выделения участков на крутых склонах под строительство зданий и сооружений, включающий регистрацию акустической эмиссии в заданной сети точек, отличающийся тем, что акустическую съемку крутого склона производят в инфразвуковом диапазоне частот от 1 до 500 Гц по равномерной сети точек с частотой регистрации 1000 Гц в течение 1 мин, в каждой точке строят до 5 спектров акустической эмиссии на различных интервалах времени регистрации, вычисляют средний и/или преобладающий спектр, выделяют собственные (резонансные) частоты верхнего слоя в каждой точке крутого склона и ее дисперсию, сравнивают свободные колебания верхнего слоя со свободными колебаниями зданий и сооружений, оцененными по упрощенным теоретическим формулам и/или экспериментально - на объектах соседних участков, и при равенстве (по средним частотам и их дисперсиям) собственных частот проектируемых объектов и верхнего слоя запрещают строительство таких объектов, а при их различии разрешают строительство, оконтуривают разрешенные точки и получают границы пригодных для строительства участков.