Оценка спектра реакции грунта для геообъекта

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОЦЕНКА СПЕКТРА РЕАКЦИИ ГРУНТА ДЛЯ ГЕООБЪЕКТА

Бауэр А.А., Симонов К.В.

колебание грунт спектр сейсмический

Наиболее простым и точным методом моделирования колебаний грунта является объединение параметрического или функционального описания спектра колебания грунта со случайным фазовым спектром, измененным настолько, чтобы колебание было распределено в течение длительности, соотнесенной с магнитудой землетрясения и расстоянием от очага.

Изучаемый в работе метод моделирования колебаний грунта называют стохастическим методом. Он используется в моделировании высокочастотных колебаний грунта, а также широко применяется для прогнозирования колебаний грунта, в случае если отсутствует возможность регистрировать колебания от потенциально разрушительных землетрясений. Важнейшей характеристикой метода является возможность извлечения информации из уже известных различных факторов, влияющих на колебания грунта (источник, трасса сейсмического сигнала и локальные эффекты) в виде простых функциональных форм.

Стохастический метод является простым и эффективным средством моделирования колебаний грунта. Он используется при получении колебаний грунта тех частот, которые наиболее всего интересны сейсмологам-инженерам. Важнейшим компонентом стохастического метода является спектр колебания грунта. В нем заключается физика процесса землетрясения и распространения сейсмических волн.

Полный спектр колебания в очаге Y(M?,R,ѓ) разбивается на составляющие землетрясения - очаг (E), трасса (P), локальные эффекты (G) и тип колебания (I), следующим образом:

Y(M?,R,ѓ) =E(M?,ѓ) P(R,ѓ) G(ѓ) I(ѓ),

где M? _ сейсмический момент, f - частота колебаний, R - расстояние до поверхности.

Форма, и амплитуда спектра определяются как функция размера землетрясения. Очаг землетрясения для всех моделей имеет вид:

E(M?,ѓ)=CM?ЧS(M?,ѓ),

где С - постоянная величина, S(M?,ѓ) - очаговый спектр по смещениям, имеющий вид:

S(M?,ѓ) = .

Путь (P) вычисляется посредством умножения геометрического расхождения на функции Q

,

где - сейсмическая скорость, а функция геометрического расхождения Z(R) задается кусочно-непрерывной серией прямых линий. За R обычно принимается самое близкое расстояние до разломной плоскости. Оно вычисляется следующим образом:

,

где D - ближайшее расстояние до вертикальной проекции разломной плоскости на поверхность земли, h - расстояние от эпицентра до места наблюдения.

Локальные эффекты (G) удобно разделять усиление A(ѓ) и затухание D(ѓ):

G(ѓ) = A(ѓ)ЧD(ѓ)

Функция усиления А(ѓ) обычно соответствует очагу, если не принять во внимание изменение амплитуды из-за распространения волны. Функция ослабления D(ѓ) используется для моделирования потери энергии независимой от пути. Начальной точкой получения усиления A(ѓ) является функция скорости поперечной волны по отношению к глубине распространения волн.

Усиление А(ѓ) можно получить методами вычисления волн, которые учитывают реверберации, или приблизительно и более просто предположив, что усиление волн равно квадратному корню коэффициента комплексного сопротивления (импеданса) между источником и поверхностью.

На основе теоретических данных были рассчитаны осредненные модельные спектры реакции колебаний грунта для исследуемой площадки. Полученные спектры представлены на рисунке 1 (справа от рисунка цветными линиями обозначены магнитуды и эпицентральные расстояния.)

Рисунок 1 - Осредненные спектры реакции синтезированных акселерограмм

На рисунке 2 представлены осредненные спектры реакции от реальных акселерограмм, взятых из мировых баз данных.

Рисунок 2 -Осредненные спектры реакции реальных акселерограмм

В результате исследований разработана методика расчета спектра колебаний грунта, выполнены расчеты акселерограмм и спектры реакции изучаемого грунта, а также получены их скоростные характеристики. Показано, что стохастический метод адекватно решает задачу оценки спектров колебаний грунта, ожидаемых при серии землетрясений с определенными магнитудами и расстояниями до очага.

Размещено на Allbest.ru