О совершенствовании методов сейсмического микрорайонирования Алешин А.С. ИФЗ РАН Москва
Отцы – основатели СМР
КАТЕГОРИЯ ГРУНТА ФОНОВАЯ БАЛЛЬНОСТЬ 123 Скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечномерзлые оттаявшие) невыветрелые и слабовыветрелые: крупнообломочные грунты плотные маловлажные из магматических пород, содержащие до 30% песчано-глинистого заполнителя: выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при температуре минус 2°С и ниже при строительстве и эксплуатации по принципу I (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии) Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечномерзлые, кроме отнесенных к I категории; крупнообломочные грунты, за исключением отнесенных к I категории; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем консистенции I L 0,5 при коэффи циенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 для супесей; вечномерзлые нескальные грунты пластичномерзлые или сыпучемерзлые, а также твердо-мерзлые при температуре выше минус 2°С при строительстве и эксплуатации по принципу I Пески рыхлые независимо от влажности и крупности: пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности водонасыщенные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности влажные и водонасыщенные; глинистые грунты с показателем консистенции I L >0,5; глинистые грунты с показателем консистенции I L 0,9 для глин и суглинков и е>0,7-для супесей; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу II (допускается оттаивание грунтов основания) > 99 Таблица 1 СНиП II-7-81*
Представления, лежащие в основе СМР, в настоящее время требуют существенного пересмотра а) Необходимость развития СМР на основе физических представлений б) Для характеристики физических свойств грунтов основное значение имеют скорости сдвиговых волн в) Необходимость использования в СМР понятия модели грунтовой толщи г) Необходимость широкого использования в СМР спектральных характеристик моделей грунтовых толщ д) Для сильных землетрясений существенна роль нелинейных процессов
W 0 = W 1 [(ρVs)Ż 2 ] 0 = [(ρVs)Ż 2 ] 1 Ż 1 / Ż 0 =[(ρVs) 0 /(ρVs) 1 ] 0,5 = 2 ΔI ΔI0,3=0,5lg [(ρVs) 0 /(ρVs) 1 ] ΔI = 1,67 lg [(ρVs) 0 /(ρVs) 1 ] Вывод формулы метода сейсмической жесткости
Зависимость скорости продольных волн от влажности
Влияние влажности на Vs в дисперсных грунтах ПородыСостояниеVp, м/сVs,м/с Галечники Неводонасыщенные Водонасыщенные Пески Неводонасыщенные Водонасыщенные Супеси неводонасыщенные водонасыщенные Суглинки Неводонасыщенные Водонасыщенные Глины Неводонасыщенные Водонасыщенные
Резонансные явления в СМР учитываются посредством таблицы и неточно m i = 0,1 2 I = 1/m i I x 0,3 = log 10 I = 3,3 балла вместо 2,5 m i = 0,2 I = 2,3 балла вместо 1,7 и так далее… В таблице РСМ при S i =0,25 и при S i =0,75 те же поправки I, а как на самом деле, смотри на рисунке слева а – без поглощения, б – с поглощением
Таблица из РСМ-73 Увеличение сейсмической интенсивности ΔΙрез за счет резонансных свойств слоя грунта (в долях балла) mimi Si 0;0,50,1;0,60,2;0,70,25;0,750,3;0,80,4;0,9 0,100,21,22,51,20,2 0 1,11,71,10,2 0,300,20,91,30,90,2 0,400,20,81,00,80,2 0,500,20,60,70,60,2 0,600,10,5 0,1 0,700,10,30,40,30,1 0,800,10,2 0,1 0,9000,1 0 Si = h/λ = h/VT m i = ( V) рыхл / ( V) ск
Частотные характеристики слоя песка, лежащего на упругом полупространстве а) линейная, б) нелинейная Н елинейные сейсмические эффекты аб
А как у «них»? Вместо балла картируются параметры спектров реакции
СПИСОК ФОРМУЛ
Аналог карты ОСР-97-А (короткие периоды Т=0,2 сек)
Аналог карты ОСР-97-А (длинные периоды Т=1 сек)
Вероятностные карты сейсмичности США
Коэффициенты Fa короткопериодной (Т=0,3 сек) части спектра реакции
Коэффициенты F v длиннопериодной (Т= 1 сек) части спектра реакции
Осредненные спектры реакции землетрясения Лома Приета, 1989 на скальном (В) и рыхлом дисперсном грунте Спектры реакции на рыхлом грунте значительно выше, чем на скале!
Как получены коэффициенты Fa и Fv? D C B E Fa =(1050/Vs) ma Fv =(1050/Vs) mv I = 0,1g ma=0,35 I =0,2g ma=0,25 I = 0,3g ma=0,1 I = 0,4g ma=-0,05 I = 0,1g mv=0,65 I =0,2g mv=0,60 I = 0,3g mv=0,53 I = 0,4g mv=-0,45 I = 0,1g
Отличия и сходства наших норм и американских
Так ли уж хороши американские нормы? Вообще дискретное понятие категория следует заменить на непрерывную модель Не учитывается плотность грунта. Лучше использовать сейсмическую жесткость Вместо параметров пенетрации лучше использовать модуль деформации
Категория грунта по сейсмическим свойствам Грунты Дополнительная информация о скоростях сейсмических волн Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района, баллы Скорость поперечн ых волн V s, м/с Отношение скоростей продольных (V p ) и поперечных (V s ) волн V p /V s 789 I Скальные грунты 7001,7 2,2 678 II Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелы е ,45 2,2 для неводонасы щенных 2,2 3,5 для водонасыще нных 789 III Пески рыхлые независимо от влажности и крупности * 3, * 89 9 Обновленная таблица 1 СНиП
S = P Kc β Kc = a(I)/gKc – коэффициент сейсмичности a –ускорение a(I) берется по таблице I789 a0,10,20,4 g – ускорение свободного падения β (T) - коэффициент динамичности РАСЧЕТ СЕЙСМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ПО СНИПУ 1 – для грунтов 1 и 2 категории 2 – для грунтов 3 категории
НАЛИЦО ОТСТАВАНИЕ МЕТОДОВ СЕЙСМИЧЕСКОГО МИКРОРАЙОНИРОВАНИЯ ОТ ПЕРЕДОВОГО УРОВНЯ НАУКИ!
В 70-ые годы произошло разделение науки на прикладную и фундаментальную СМР было отнесено к прикладным наукам и его передали в ведение отраслевых НИИ (ПНИИИС) Развитием физических основ СМР не занимался никто Это явилось причиной катастрофического отставания СМР в идейных основах МОРАЛЬ: КОЛЬ КОРНИ ОБНАЖИШЬ, ОНО ЗАСОХНУТЬ МОЖЕТ…(Крылов) Как это получилось ?
Особенности Рекомендаций (1) Введено понятие тип объекта СМР: площадные, ЛПО и сосредоточенные. В зависимости от этого определяется стратегия СМР: масштабы, состав, выходные материалы и т.д. Введен раздел 2, посвященный уточнению исходной сейсмичности. Раньше его не было. Не используется понятие категории грунтов. Соответственно отпадает необходимость в таблице 1 СНиПа. Нет упоминания о методе инженерно-геологических аналогий.
Особенности Рекомендаций (2) Введено определение "среднего" грунта: это грунт, сейсмическая жесткость которого равна 540 (г/см3 х м/с), т.е. ρ = 1,8 г/см3, а Vs = 300 м/с. В тексте Рекомендаций отсутствует раздел, посвящённый выбору "средних" грунтов. "Средние" грунты не надо выбирать, их параметры директивно вводятся в Нормы. По отношению к этому среднему грунту определяется приращение сейсмической интенсивности: ΔI = 1,67 (ρ Vs) 0 /(ρ Vs) I При (ρ Vs) I > 2160 приращение сейсмической интенсивности ΔI = - 1 балл и не меняется при увеличении с.ж. Отсутствует упоминание о влиянии УГВ на результаты СМР. Если вода влияет на величину Vs, то это проявится в изменении сейсмической жесткости и через нее в приращении сейсмической интенсивности. Подчёркнута определяющая роль скорости поперечных волн.
Отсутствует таблица расчета частотных характеристик грунтовой толщи. Удалена таблица определяющая состав методов инструментальных наблюдений при СМР. По-новому представлена роль сейсмологических наблюдений: они не являются основным видом геофизических работ, поскольку в асейсмических регионах их использование неэффективно. Уточнена методика сейсморазведочных работ, подчеркнута роль метода отраженных волн. Подчёркнута роль метода сейсмических жесткостей. Введена методика расчета Vs на основе связи деформационных и упругих модулей грунта. Обновлена устаревшая терминология. Например, не используется термин "сейсмичность". Он заменён на "сейсмическая интенсивность" или "сейсмические параметры территории". Особенности Рекомендаций (3)
КМПВ плохо работает в задачах СМР Проблема инверсных слоев Метод сейсмических жесткостей не всегда дает удовлетворительные результаты (Данные из района близ Новороссийска)
СВЯЗЬ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ Связь динамического модуля Ед и модуля деформации Едеф 1 – щебень; 2, 3 пески; 4,7,8 - песчано-глинистые; 5 –суглинки; 6 – лёссы, 9 – водонасыщенные пески Связь сцепления С и динамического модуля сдвига Gд 1, 2 - песчано-глинистые грунты; 3 –суглинки и лёссы; 4 –четвертичные суглинки Связь скорости продольных волн и пределом прочности на сжатие Суглинок Vs =..,
Сопоставление расчетных и измеренных значений Vs Разница в приращении сейсмической интенсивности, баллы Пикеты вдоль профиля Инженерная геология Расчетный разрез Vs Сейсморазведочный разрез
Куда ж нам плыть? Представления, изложенные выше, при кажущейся «революционности» приспособлены к современным реалиям: А) Используется балл; Б) Средние грунты, это те, к которым привязаны карты ОСР-97 Что нужно изменить? 1)Средние грунты должны быть смещены в сторону увеличения сейсмической жесткости с тем, чтобы избежать нелинейных эффектов на картах ОСР 2)Нелинейность должна учитываться в грунтовых коэффициентах; 3)Формула сейсмической жесткости требует замены, поскольку условия при которых она выведена не выполняются; 4)Должен быть изменен вид формулы для вычисления грунтовых коэффициентов 5)Ввести понятие активной мощности грунтового массива
Спасибо за внимание !