Способ защиты района застройки от сейсмического воздействия Советский патент 1983 года по МПК E02D27/34 

Изобретение относитсяк стрритель ству, а именно к способам защиты зда ний, сооружений от сейсмического воздействия. Известен способ защиты зданий, сооружений от сейсмического воздействия путем выполнения экрана Cl j . Недостатком известного способа яв ляется невысокая эффективность защит здании, сооружении Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ защиты района застройки от сейсмического воздействия путем гашениясейсмических колебаний Г2 . Недостатком известного способа яв ляется малая эффективность защиты зданий, сооружений в районе застройк Целью изобретения является повышение эйфективности защиты района застройки от сейсмического воздействия Указанная цель достигается тем, что согласно способу защиты района застройки от сейсмического воздействия путем гашения сейсмических колебаний последнее осуществляют упругими волновыми колебаниями, излучаемыми сейсмическими виброисточниками, одни из которых установлены в эпицентральной зоне землетрясения, другие - в защитной зоне, окружающей район застройки и удаленной от него на некотором расстоянии, а третьи у фундаментов сооружений района застройки, причем в моменты концентрации напряжений или появления краткосрочных предвестников землетрясений в эпицентральной зоне активизируют процесс релаксации напряжений колебаниями, создаваемыми виброисточника ми, установленными в этой зоне, затем в момент начала землетрясения активизируют процесс распадной неустойчивости сейсмических колебаний путем излучения размещенными в защит ной зоне и у фундаментов сооружений виброисточниками колебаний на резонансных частотах сооружений, а при достижении сейсмическими кблебаниями района застройки смещают их частоту выше резонансной частоты сооружений путем наложения на сейсмические коле бания высокочастотных колебаний, соз даваемых виброисточниками, установленными в защитной зоне, и колебаний в протибофазе к пиковым сейсмическим колебаниям или колебаний на частотах выше резонансной частоты сооружений. излучаемых виброисточниками, установленными у фундаментов сооружений. На фиг,1 изображена схема размещения виброисточников, телеметрии и сейсмоприемников в эпицентральной . зоне; на фиг.2 - схема взаимодействия сейсмических волн с волнами от виброисточников. На схеме изображено поверхность 1 емли, план, активные разломы 2 на поверхности земли, виброисточники 3 эпицентральной зоны, сейсмоприемники i, система 5 телеметрии, резервные места 6 установки виброисточников, виброисточники 7 защитной зоны, высокочастотные виброисточники 8 у фундаментов сооружений, защищаемые сооружения 9, трассы 10 распространения сейсмических волн из очаговой зоны и щолн от виброисточников, очаг 11 землетрясения. Защита сооружений от сейсмического воздействия по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. По ряду прогностических признаков, в том числе по показаниям сети сейсмоприемников А, приводят в рабочее состояние виброисточники 3. Все виброисточники в эпицентральной зоне являются высокочастотными и располагаются в соответствии с уточненными данными относительно очага возможного землетрясения и положения активных разломов 2 на поверхности земли 1. По показаниям сейсмоприемников А, регист- . рирующих увеличение напряженного состояния зоны в моменты мак,симумсе напряжений, кратковременно (на % Ц10 мин) запускают виброисточники 3 и облучают их волновым полем очаги концентраций напряжений и наиболее активные разломы 2 поверхности земли 1, по данным сети приемников k cyдяt о степени разрядки напряжений в эпицентральной зоне. При этом воздействие высокочастотных .колебаний от виброисточников 3 на породы, находящиеся на грани разрушения в очагах концентрации напряжений и в местах разломов, за счет дополнительных напряжений упругой волны, а также за счет усталостного механизма разрушения сопровождается локальным разрушением пород. Для получения данных с сейсмоприемников k и управления работой виброисточников 3, сбора и обработки-данных и степени снятия напряжений используют телеметрию 5. Если при этом произойдет землетрясение, то по информации от сети приемников k, переданной в центр обработки и координации работы всех :групп виброисточников, из этого цент ра по телеметрии 5 на блоки управления работой виброисточников поступает команда на запуск всех виброистомников. Виброисточники эпйцентральной зоны своим излучением частично смещают спектр очага 11 землетрясения в высокочастотную область. Из очага расходятся импульсные колебания, в спек ре которых нет выраженных максимумов среда распространения колебаний опреденным образом также искажает волновое поле, так как спектры колебаний даже в близких точках существенно различаются и в значительной степени определяются структурой региона Одновременно по данным сети сейсмоприемников Ц и заранее известных характеристик региона вычислительный центр определяет трассы 10 распростра нения сейсмических колебаний из очага 11. По результатам работы вычислительного центра программируются командные устройства виброисточников района застройки 7 и виброисточников -8, расположенных у фундаментов сооружений 9. В результате работы виброисточников 7 и 8, управляемых командными устройствами, навстречу сейсмическим колебаниям из очага 11 по трасам 10 излучается остронаправленное поле упругих колебаний на резонансных частотах сооружений 9 синфазно с колебаниями этих же частот соответствующего участка спектра сейсмических колебаний. Увеличивая мощность встречных колебаний, повышают общую суммарную энергию участка спектра сейсмических колебаний до момента начала распадной неустойчивости в соответствии с соотношением Мэнли-Роу. Если распад произошел не полностью а так же для блокировки колебаний, проходящих по другим трассам, при достижении сейсмическими колебаниями района застройки по программе меняют режим работы виброисточников 7 и 8, смещая частоту сейсмических колебаний выше резонансной частоты сооружений 9 путем наложения на сейсмические колебания высокочастотных колебаний, создаваемых виброисточниками 7, установленными в защитной зоне, и колебаний в противофазе к пиковым сейсмическим колебаниям или колебаний на частотах выше резонансной частоты сооружений , излучаемых.виброисточниками 8, установленными у фундаментов сооружений 9. В .основу управляемой разрядки напряжений в эпйцентральной зоне положен механизм усталостного разрушения горных пород. При вЬзбуждении виброисточниками, расположенными в этой зоне, поля высокочастотных сейсмических колебаний происходит постепенное, по мере накопления усталостного воздействия, частичное разрушение пород в местах концентрации напряжений и разрядка сейсмических сил, т.е. обеспечивается управляемое освобождение сейсмической энергии в очаге землетрясения. В соответствии с прогностическими признаками подобные вибровоздействия должны проводиться всякий раз, как только возникает сейсмическаг опасность. Так как фоновые напряжения в эпйцентральной зоне возрастают в моменты максимальных атмосферных, сейсмических, приливных и других воздействий, то виброисточники можно включать кратковременно только в указанные промежутки времени. Если масштабы выделяющейся при этом упругой энергии эпйцентральной зоны превышают определенный пороговый уровень безопасности, то дальнейшее управление таким процессом осуществляют методами нелинейньгх взаимодействий сейсмических волновых колебаний. Так как поверхностные слои земной коры являются средой с квадратичной нелинейностью, то сейсмические волновые колебания, возбуждаемые виброисточниками, сопровождаются генерацией второй гармоники и постоянной составляющей, проявляющейся в натяжении среды. Если же в среде создается поле колебаний разных частот, то возникает третья, комбинационная гармоника и происходит так называемое jpexчастотное волновое взаимодействие, в котором участвуют одновременно три волны с частотами uj , причем - + 2 Характер энергообмена между волнами консервативен и описывается соотношениями МэнлиРоу. Если в спектре очага волны на частотах резонанса зданий наиболее мощные и имеют наибольшую частоту, то в соответствии с соотношениями Мэнли-. Роу наблюдается явление распадной неустойчивости,- когда волна на частоте отдаст всю свою энергию слабым низкочастотным волнам. Для возникновения распадиой неустойчивости необходимо пороговое превышение амплитуды высокочастотной волны, оно пропорционально потерям в среде и рассогласованию волновых чисел. Неустойчивость волновых колебаний, взаимодействующих вдоль обшего участка трас сы распространения, пропорциональна их амплитуде на частоте оит,и длине трассы их взаимодействия. С другой стороны, воздействие волновых колебаний виброисточников на очаг землетрясения сопровождается, через изменения .характеристик распределения напряжений и смещений в окрестность краев трещин, периодическим воздействием на силы, управляющие развитием трещин. Тем самым появляется возможность управлять сейсмическими воздействиями. Поэтому, при землетрясении две группы виброисточников одна в эпицентральной зоне и вторая в районе застройки излучают колебания на частоте (Шр- резонансная частота сооружений), а высокочастотные виброисточники у фундаментов сооружений модулируют по амплитуде и излучают колебания так же на частоте UJp. Виброисточники у фундаментов сооружений работают в режиме параметрического излучения сейсмических волновых колебаний, когда высокочас тотная часть манипулированного вйбро сигнала затухает в нелинейной среде ближней зоны источника волнового поля, и далее распространяется волна, имеющая форму низкочастотной огибающей сигнала. Распадная неустойчивост сейсмических волновых колебаний в очаге землетрясения на частотах и/р является всегда неполной, а размеры эпицентральной зоны значительны. так что интенсивность ЕЮЛНОВОГО поля по-прежнему опасна для защищаемых объектов. Поэтому навстречу подходящим к защищаемым сооружениям волновы фронтам на частотах Шр с помощью груп пы виброисточников, установленных у фундаментов сооружений, следует излучать волновые колебания также с частотой tip, но в противофазе по отношению ксейсмическим колебаниям. В момент прохождения ослёгбленных таким образом волновых колебаний рабочая частота указанных виброисточников сдвигается в сторону от UJp, происходит затягивание и синхронизация сейсмических колебаний, порожденных землетрясением на другой, не равной ujp частоте. Независимо от конкретных условий и природы волновых полей их синхронизация возможна при сколь угодно малой связи между ними (например, нелинейность среды ), если только достаточно мало рассогласование одноименных параметров (частоты или длины волны ), причем величина расстройки, на которой начинает проявляться эффект затягивания частоты, зависит от степени нелинейности среды и амплитуды сигналов. В соответствии с этим, группа виброисточников в районе застройки возбуждает в поле проходящих сейсмических волновых колебаний от землетрясения вибросигналы на частоте ы. {t) cii 1 - Т, 3), обеспечивая тем самым затягивание волн и снижая мощность сейсмических воздействий на Опасных для сооружений частотах tUp. В результате сформированные новие волновые колебания имеют синхронную частоту LU, близкую к средневзвешенному значению парциальных частот toj. и Шр, причем среднеквадратичное отклонение ui при флуктуации сейсмических волновых колебаний на «jp является значительно меньше, чем среднеквадратичные отклонения Wp. Для повьшения эффективности защиты индивидуальных сооружений возможно гашение сейсмических волновых колебауий с помощью вибровоздействия непосредственно у сооружений; Нелинейные волны значительной амплитуды под воздействием мощных возмущений теряют устойчивость и разрушаются. Поэтому волновое поле высокочастотных виброисточников (ctlO 10 Гц , работающих непосредственно у фундаментов зданий, взаимодействуя с низкочастотными сейсмическими волновыми колебаниями от землетрясения, вызывает их распадную неустойчивость и тем самым защищает сооружение от сейсмического воздействия. Высокочастотные же колебания, проходящие по сооружению, повысят его жесткость. Применение предлагаемого способа защиты района застройки от сейсмического воздействия обеспечивает эффективную защиту сооружений от сейсмических колебаний. .

СПОСОБ ЗАЩИТЫ РАЙОНА ЗАСТРОЙКИ ОТ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ путем гашения сейсмических колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты района застройки от сейсмического воздействия, гашение сейсмических колебаний осуществляют упругими волновыми колебаниями, излучаемыми сейсмическими виброисточниками, одни из которых/установлены в эпицентральной зоне землетрясения, другие - в защитной зоне, окружающей район застройки и удаленной от него на некотором расстоянии, а третьи - у фундаментов сооружений района застройки, причем в : моменты концентрации напряжений или появления краткосрочных предвестников землетрясений в эпицентральной зоне активизируют процесс релаксации напряжения колебаниями, создаваемыми виброисточниками, установленными в этой зоне, затем в момент начала землетрясения активизируют процесс распадной неустойчивости сейсмических колебаний путем излучения размещенными в защитной зоне и у фундаментов сооружений виброисточниками колебаний на резонансных частотахсооружений , а при достижении сейсми.ческими колебаниями района застройки сл смещают их частоту выше резонансной частоты сооружений путем наложения н.а сейсмические колебания высокочастотных колебаний, создаваемых виброисточниками , установленными в защитной зоне, и колебаний в противофазе к пиковым сейсмическим колебаниям- или со колебаний на частотах выше резонансо ной частоты сооружений, излучаемых виб4 роисточниками, установленными у о: даментов сооружений.