Способ оценки степени изменения под воздействием сейсмической волны состояния многокомпонентного грунтового массива Советский патент 1993 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к области сейсмологии, а именно к способу оценки степени изменения состояния многокомпонентного грунтового массива под воздействием сейсмической волны и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например, при расчетах эффективности защиты зданий или технологических конструкций сейсмрзащитными преградами в виде полостей различных форм и размеров.

Цель изобретения - расширение области применения и повышение информативности способа оценки степени изменения под воздействием сейсмической волны состояния многокомпонентного грунтового массива.

На фиг, 1-3 представлены различные варианты форм сейсмозащитной преграды в грунтовом массиве, выполненной в виде цилиндра (фиг. 1), усеченной пирамиды (фиг.2) или произвольного вида (фиг.З).

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Определяют длину L,

ширину D и глубину Н грунтового массива 1, содержащего сейсмозащитную преграду 2. Затем по результатам нескольких измерений, при разных значениях глубины Н грунтового массива, определяют расстояния Ri между стенками сейсмозащитной преграды. Используя результаты измерений, рассчитывают исходное среднее расстояние RO между стенками сейсмозащитной преграды по зависимости:

Ro

I

I -

Ri

N

(5)

где N - число измерений. После этого определяют объем грунтового массива V и объемы, занимаемые грунтом Vr и сейсмозащитной преградой Vn. Затем по зависимостям.

XJ

Ю 00

XI ел о

-$.-$

(6)

рассчитывают объемное содержание сейс- мопреграды а и грунта ai . Далее определяют величины плотности грунта р ,

скорости С распространения упругой волны в грунте, величину исходного давления Р0. Плотность грунта и скорость прохождения упругой волны в грунте могут определяться либо при лабораторных испытаниях образцов, либо из таблиц физико-механических характеристик грунтов. Значение Р0 может быть взято равным либо атмосферному давлению, либо нулю. Затем задают величины приращения времени (dt), за которое состояние грунтового массива под действием сейсмической волны изменится, производной по времени от объемной деформации Е грунтового массива и производят расчет численным методом, например Рунге-Кутта, критериального параметра А и текущего значения давления грунтового массива Р по зависимостям (2), (3). После этого по зависимости (4) рассчитывают величину текущего среднего расстояния R между стенками сейсмозащитной преграды. По найденным значениям Р, A, R производят оценку степени изменения состояния грунтового массива под воздействием сейсмической волны, при этом о полном разрушении сейсмозащитной преграды судят по отрицательному знаку критериального параметра А, а об отсутствии полного разрушения судят по его положительному знаку.

Ниже приводится пример конкретной реализации способа.

Предположим, требуется рассчитать эффективность защиты конструкции, фундамент которой разрушается при давлении не менее 50 МПа, сейсмозащитной преградой в форме усеченной пирамиды см. фиг.2) высотой Н 0,8 м и с площадями оснований 5 0,64 м, Si 0,32 м, при действии сейсмической волны. Пусть грунтовый массив имеет длину L 1 м, глубину Н 1 м, ширину Р 1 м. В результате шести измерений были получены следующие значения расстояний между стенками сейсмозащитной преграды Ri R2 0,8 м, Нз R4 0,6 м, Rs R6 0,4 м, Тогда исходное среднее расстояние R0 будет равно 0,6 м. Рассчитав объемы, занимаемые сейсмозащитной преградой и грунтом, по зависимостям (6) рассчитаем объемные -со держания компонентов а 0,5, ai 0,5.

/Плотность грунта р- 1700 кг/м .и ско- рость распространения в нем упругих волн с 500 м/с были взяты из таблиц. Величину приращения времени, за которое состояние грунтового массива под действием сейсмической волны изменится, примем равным 1 с, величину производной по времени от объемной деформации грунтового массива Ј 6,1 1 /с, начальные значения текущего давления Ро и текущей объемной деформаи

ции Ј грунтового массива равным нулю и 0,15 соответственно.

Расчет параметров А и Р, наряду с р, с, Ј характеризущих состояние грунтового массива, проведем численным методом Рунге-Кутта второго порядка. Начальное значение производной по времени от текущего давления возьмем равным нулю.

На первой итерации: А 0,7, Р 0. На второй итерации: А 0,8, Р 42,5 МПа. Тогда текущее среднее расстояние между стенками сейсмозащитной преграды будет равно 0,54м...... .

Рассчитанные величины критериально- го параметра А, текущего давления Р и текущего среднего расстояния между стенками сейсмозащитной преграды составляют 0,8, 42,5 МПа, 0,54 м соответственно. При рассматриваемых скорости деформирования

грунтового массива и времени действия

30

.сейсмической волны текущее среднее расстояние между стенками сейсмозащитной преграды уменьшится на 10%, но полного разрушения сейсмозащитной преграды не 25 произойдет. Для защиты конструкций от воздействия сейсмической волны, вызывающей в грунтовом массиве деформации со . скоростью Ј 0,1 1/с рассматриваемая сейсмозащитная преграда пригодна: фундамент конструкции не разрушится.

Сопоставительный анализ известного и . предлагаемого способов оценки степени изменения под воздействием сейсмической волны состояния многокомпонентного грун- 35 тового массива показывает, что последний из них обладает более широкими возможностями и характеризуется более высокой (- 7-10%) точностью и информативностью результатов расчета. 40 Формула изобретения

Способ оценки степени изменения под воздействием сейсмической волны состояния многокомпонентного грунтового массива, .включающий определение исходных

45

параметров грунта:

. Ј - текущая объемная деформация грунтового массива;.

Р - текущее давление грунтового масси- ва. Па;

Ло - исходное давление грунтового массива, Па;з р-плотность грунта, кг/м ; С - скорость распространения упругой волны в грунте, м.с;

Е производная по времени от текущей объемной деформации грунтового массива; Р - производная по времени от текущего давления грунтового массива;

«1 - объемное содержание компоненты в грунтовом массиве;

«2 объемное содержание грунта в грунтовом массиве и оценку его состояния по результатам расчета производной по времени от текущего давления грунтового массива, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения информативности при установке в грунтовом массиве сейсмозащитной преграды со стенками, измеряют среднее расстояние между стенками R0, а степень

разрушения оценивают с учетом критериального параметра А и текущего среднего расстояния между стенками сейсмозащитной преграды R и производной по времени от текущего давления грунтового массива епо формулам

лр р

А - ( Ј 4- ai ) + 1 ;

а

Р&

1/2

0 (P0-P). pCR0 р(

R R0A

1/2

Использование: сейсмология, защита от сейсмического воздействия зданий и технологических конструкций. Сущность изобретения: в грунтовом массиве устраивают сейсмическую преграду со стенками с расстоянием между ними RQ. Оценка степени изменения массива дается выражениями с использованием критериального параметра А и текущего среднего расстояния между стенками сейсмозащитной преграды, 3 ил.