Размещено на http://www.allbest.ru/

ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ВЛИЯНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ НА РЕЗУЛЬТАТЫ СЕЙСМИЧЕСКОГО МИКРОРАЙОНИРОВАНИЯ, ПОЛУЧЕННЫХ РАЗНЫМИ МЕТОДАМИ РЕГИСТРАЦИИ

МИКРОСЕЙСМ

А.В. Верхоланцев

Важной составляющей проектирования зданий и сооружений является учет интенсивности сейсмического воздействия возможных землетрясений. Порядок учета этого аспекта регламентируется целым рядом строительных норм и правил (СНиП). Вероятностные характеристики возможного сейсмического воздействия получают с помощью сейсмического районирования.

Согласно российским стандартам сейсмическое районирование подразделяется на общее (ОСР), детальное сейсмическое районирование (ДСР) и сейсмическое микрорайонирование (СМР). Различие между перечисленными видами районирования заключается в масштабах картирования. В целом, общее сейсмическое районирование заключается в оценке сейсмической опасности обширной территории путем выделения крупных сейсмогенерирующих зон, определяющих сейсмичность районов. В результате составляются карты вероятности превышения интенсивности сотрясений (бальности) мелкого масштаба (например, ОСР-97).

В зависимости от местных тектонических, геоморфологических и, в особенности, грунтовых условий, указанная на картах общего сейсмического районирования интенсивность сотрясений может быть скорректирована на 1-2 балла по шкале MSK-64, что соответствует увеличению скоростей колебаний почвы в 2-4 раза. Определение величины данной корректировки является задачей СМР.

Сейсмические инструментальные наблюдения базируются на регистрации региональных и локальных землетрясений малых энергий и взрывов. При микрорайонировании участков, для которых сложно получить кондиционные записи землетрясений и взрывов, обычно привлекают методы, использующие микросейсмические шумы различной природы.

Наиболее широкое распространение в практике СМР получили два способа, основанные на регистрации и обработке микросейсм - стандартный и способ Накамуры.

Особенностью стандартного способа является синхронная запись микросейсм на эталонном и исследуемом грунтах. Отношение спектральных амплитуд для данных записей пропорционально приращению интенсивности (ДI) на исследуемом грунте [1]:

, (1)

где S_i и S_э - спектральные амплитуды колебаний на исследуемом и эталонном грунте, соответственно

Способ Накамуры заключается в расчете отношений спектральных амплитуд колебаний, полученных в горизонтальной плоскости, к соответствующим амплитудам на спектре вертикальных колебаний. Основой для таких оценок также служат обычные трехкомпонентные измерения микросейсмического фона. В своих теоретических построениях Накамура делает предположение и показывает на множестве примеров, что вертикальные колебания подвержены влиянию грунтовых условий незначительно, за исключением случая прохождения волн от источников поверхностного происхождения [4]. Таким образом, функция отношения спектров горизонтально- и вертикально-поляризованных колебаний будет описывать усиление грунтов при прохождении объемных волн:

, (2)

где S_Hi и S_Vi - спектры горизонтальных и вертикальных колебаний на исследуемом грунте.

Способ Накамуры хорош тем, что исключает требование к синхронности измерений микросейсм на исследуемых и эталонных грунтах.

Как видно, теоретические основы этих двух способов различаются. Но при определенных условиях их результаты, получаемые на выходе должны быть сопоставимы друг с другом, что подтверждается практическими наблюдениями [1]. В этой связи целесообразно определить эти условия на некотором тестовом объекте. В качестве такого объекта был выбран эталонный пункт (сейсмостанция VPUM) при работах по сейсмическому микрорайонированию притоннельных участков трассы Адлер - Роза Хутор в Краснодарском крае. Пункт VPUM представлен выходами скальных слабовыветрелых известняков с глинистым заполнителем, что согласно СНиП II-7.81 соответствует породам I категории. Пункт также отличается низким уровнем микросейсмических шумов и отвечает всем требованиям, предъявляемым к эталонным грунтам согласно РСН 65-87 [3]. Для решения задачи были выбраны суточные волновые формы 1, 3 и 4 октября 2008 года, поделены на ночные и дневные часовые интервалы, а затем очищены от интенсивных техногенных помех.

Удаление интенсивных помех не устраняет с записей широкополосного микросейсмического шума, являющегося результатом влияния локальных факторов, имеющих наибольшую активность в дневное время суток (как правило). Следующие построения направлены на то, чтобы выявить, насколько это влияние сказывается на результатах оценки усилений грунтов.

Чтобы оценить погрешности усилений, получаемые в результате применения стандартного способа, в качестве эталонных записей были приняты ночные записи на этом же пункте. Далее для всех часовых интервалов были посчитаны спектры мощности для трех компонент колебаний (Z - вертикальная, Е и N - горизонтальные), а затем по этим спектрам определены среднеквадратические значения амплитуд. Отношения значений дневных и ночных амплитуд дает нам значения усилений стандартным способом. По этим же спектрам были получены оценки усилений способом Накамуры.

Спектральные характеристики грунтов в пункте VPUM получены для каждого часа в течение 3 суток (рис. 1). Усиления рассматривались в трех частотных диапазонах:

- длиннопериодные колебания (периоды 0.5 - 2 с);

- среднепериодные колебания (периоды 0.3 - 0.5 с);

- короткопериодные колебания (периоды 0.1 - 0.3 с).

Рис. 1. График изменения усилений, полученных стандартным способом и способом Накамуры

Кривые изменения усилений, полученные способом Накамуры, свидетельствуют о том, что частотные характеристики грунтов в целом стабильны. Наблюдаемые значения зависят от времени суток, то есть от "оживленности" близлежащего населенного пункта. Самый максимальный разброс усилений, полученный за все время наблюдений, относится к среднепериодным колебаниям и лежит в диапазоне от 1,1 до 2,2, что соответствует приращению интенсивности примерно на 0,1-0,5 балла. Стоит отметить наличие незначительных различий между величинами дневных (1,1-1,4) и ночных вариаций (1,33-2,2).

В то же время для частотных характеристик, полученных стандартным способом, наблюдается значительный разброс между дневными и ночными показателями. На рисунке видно, что максимальный разброс значений усилений для коротко- и среднепериодных колебаний может достигать 4-5 раз, что соответствует искажению интенсивности на 1,4 балла.

Наибольшую устойчивость к влиянию локальных факторов показали длиннопериодные колебания. В этом частотном диапазоне усиления имеют дисперсию и уровень, сопоставимые с результатами по способу Накамуры.

Отсюда можно сделать вывод, что стандартный способ оценки грунтовых усилений может давать существенные искажения в области средних и коротких периодов, если измерения микросейсмического фона производятся в области влияния локальных помех (в частности на урбанизированных территориях). Наименее подверженным влиянию техногенных факторов является лишь диапазон длиннопериодных колебаний. сейсмический землетрясение территория здание

Способ Накамуры, как было показано, менее подвержен искажениям на всех частотах. Однако имеющиеся в теории метода допущения и предположения ограничивают его использование, делая его полезным только совместно с другими методами.

Список литературы

1. Дягилев Р.А. Локальный эффект усиления грунтов при сейсмическом микрорайонировании: методы оценки и их сравнение / Р.А. Дягилев, Ю.В. Баранов, Ф.Г. Верхоланцев // Горное Эхо. - 2006. - № 4 (26). - С. 30-36.

2. РСН 60-86. Инженерные изыскания для строительства. Сейсмическое микрорайонирование. Нормы производства работ. - Введ. 1987-01-01. - М., 1997. - 17 с.

3. РСН 65-87. Инженерные изыскания для строительства. Сейсмическое микрорайонирование. Технические требования к производству работ. - Введ. 1988-01-01. - М., 1998. - 14 с.

4. Nakamura Y.A. Method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground // QR RTRI. - 1989 - Vol. 30 - P. 25-33.

Размещено на Allbest.ru