Сейсмическое микрорайонирование
В связи с завершением разработки учреждением Российской академии наук, Центром геофизических исследований Владикавказского научного центра РАН и Правительства РСО-А карты сейсмического микрорайонирования территории г.Владикавказ, получившую положительное заключение сейсмологического центра института геологии им.Е.М.Сергеева, Российской академии наук, утвержденна приказом Министра архитектуры и строительной политики РСО-Алания №16 от 11.07.2011г.
Сейсмическое микрорайонирование территории г.Владикавказ
Пояснительная записка к карте-схеме сейсмического микрорайонирования территории г.Владикавказа
Приращения интенсивности для типичных грунтов центральной части территории г.Владикавказа рассчитывались с помощью инструментального метода в виде способа сейсмических жесткостей и способа слабых землетрясений, а также с помощью расчетного метода сейсмического микрорайонирования в виде способа MOB и NERA. Наконец, впервые, в практической работе использовался разработанный нами инструментально-расчетный метод в виде способа инструментальных аналогий.
При использовании расчетного метода в виде способа MOB в качестве входных акселерограмм применялись синтетические записи, полученные стохастическим методом для Сунженской зоны ВОЗ (западная ветвь) и для Владикавказского разлома в силу непосредственной близости к черте города - акселерограмма, полученная по программе FINSIM. Кроме того были использованы инструментальные записи реальных сильных землетрясений, зарегистрированных в различных регионах мира.
Для прогноза поведения грунтов при интенсивных сейсмических нагрузках использовалась программа NERA, позволяющая учитывать нелинейные свойства грунтов. Внешнее сейсмическое воздействие задавалось в форме синтетической акселерограммы сильного землетрясения для Владикавказского разлома с магнитудой Мтах = 7.1.
При использовании инструментально-расчетного метода в виде способа инструментальных аналогий для расчетов из банка данных сильных движений Центра, включающего почти 50 000 записей, подбирались записи землетрясений на участках с близкими для исследуемого грунтовыми условиями и характеристиками землетрясений (магнитуда, эпицентральное расстояние и т.д.).
Анализ результатов расчета приращения интенсивности по комплексу методов и способов сейсмического микрорайонирования показывает, что величина приращений интенсивности относительно эталонных, необводненных глинистых грунтов т/пластичной консистенции, к которым отнесена 8 балльная интенсивность, составит:
1) Для глинистых грунтов (мягкопластичные, текучей консистенции и т.д.)- +1 балл.
2). Для галечников с песчано-глинистым заполнителем > 30% - 0 баллов.
3). Для галечников с песчано-глинистым заполнителем < 30% - -1 балл.
Для расчетных записей сильных землетрясений были построены спектры Фурье. Для участка, сложенного 20-метровой толщей глинистых грунтов текучей консистенции, пики колебаний в случае линейного расчета наблюдаются на частотах 2 Гц, 5,5 и 9,25 Гц, в нелинейном случае происходит перераспределение частот колебаний, в целом уровень
амплитуд колебаний для данного участка значительно выше чем для участков, сложенных глинистыми грунтами полутвердой консистенции, и для участков, сложенных галечниками с заполнителем > 30%.
Для участков сложенных 20-метровой толщей глинистых грунтов текучей консистенции наблюдается максимальное усиление амплитуд колебаний и низкие резонансные частоты 1,7-1,9 Гц, 5,5-5,8 Гц. На участке, сложенном глинистыми грунтами п/твердой консистенции, усиление колебаний меньше в два раза и резонансные частоты составят 6-7 Гц. Для верхнего слоя галечников с заполнителем > 30% спектральные амплитуды несколько меньше, основной спектральный пик наблюдается на частоте 10-12 Гц.
На основе аналитического решения задачи о распространении поперечных сейсмических волн в упругом полупространстве, находящемся на жесткой границе, были получены теоретические функции усиления для мощности толщи Н=200. Расчеты также были выполнены с помощью программы MOB и NERA для линейного матеориала. Спектры рассчитанные для мощных толщ с помощью способа MOB и NERA в целом схожи.
На основе вышеизложенного была составлена карта-схема сейсмического микрорайонирования центральной части территории г.Владикавказа в масштабе 1:10 000. На указанной карте - схеме были выделены зоны интенсивностью 7, 8 и 9 баллов.
К 7 балльной злоне отнесены участки, сложенные галечниками с песчано-глинистым заполнителем < 30%. К 8 балльной зоне отнесены участки, сложенные глинистыми необводненными грунтами (п/тв. консистенции и т.д.) и галечниками с песчано-глинистым заполнителем > 30%; к 9 балльной зоне отнесены участки, сложенные глинистыми обводненными грунтами (текучей консистенции и т.д.). Необходимо отметить, что при фундировании на галечники с песчано-глинистым заполнителем < 30% сейсмичность участка составит 7 баллов. Такие участки из-за малого их распространения и сложности выделения точных границ по фондовым материалам были выделены в пойменной северной части города, но также могут присутствовать на отдельных участках 8-балльной зоны.
По ряду причин ряд способов СМР, основанных на использовании мощных источников и предложенный в свое время одним из авторов работы, не был использован. В то же время, были использованы все способы обязательные для применения как основные в процессе сейсмического микрорайонирования (способ регистрации слабых землетрясений и способ сейсмических жесткостей).
В процессе работы было выявлено отсутствие детальности в данных для построения карты инженерно-геологического районирования. В частности, содержание песчано-глинистого заполнителя было указано только для ряда скважин. Уточнение инженерно-геологической карты территории в задачи работы не входило. Тем не менее, в целом ряде случаев фактически такое уточнение было проведено с помощью современных геофизических методов и оборудования.
В связи с тем, что при проектировании и строительстве современных зданий обязательным условием является проведение детальных инженерно-геологических изысканий на конкретной площадке строительства, результаты настоящего исследования вполне достаточны для сейсмостойкого строительства.
Необходимо отметить, что в случае наличия не очень большой перекрывающей глинистой толщи и фундировании сооружения непосредственно на подстилающие галечники с песчано-глинистым заполнителем < 30% сейсмичность участка может быть, вполне обоснованно, отнесена к 7 балльной независимо от сейсмичности прерывающей толщи. Подобный подход может быть применен и в случае фундирования сооружения на подстилающие галечники с песчано-глинистым заполнителем >30%. В таких случаях сейсмичность участка может быть отнесена к 8 балльной, независимо от сейсмичности перекрывающих глинистых грунтов. В то же время в таких случаях необходимо учитывать величину бокового давления при сейсмических воздействиях.
На территории города выделены зоны с неблагоприятными для строительства грунтовыми условиями. К ним относятся территории с распространением просадочных глинистых грунтов и участков с наклоном рельефа превышающим 15°. Перед строительством на просадочных грунтах необходимо проведение обязательных специальных мероприятий в виде их уплотнения с целью исключения в последующем просадок. На участках с крутыми склонами необходимо реализовать мероприятия, исключающие в последующем сползание или повреждение сооружения. Мероприятия для решения обоих проблем в инженерной практике хорошо известны, но могут, и должны учитывать современные инженерные воззрения.
Сейсмическое микрорайонирование территории г.Владикавказ
Пояснительная записка к карте-схеме сейсмического микрорайонирования территории г.Владикавказа
Приращения интенсивности для типичных грунтов центральной части территории г.Владикавказа рассчитывались с помощью инструментального метода в виде способа сейсмических жесткостей и способа слабых землетрясений, а также с помощью расчетного метода сейсмического микрорайонирования в виде способа MOB и NERA. Наконец, впервые, в практической работе использовался разработанный нами инструментально-расчетный метод в виде способа инструментальных аналогий.
При использовании расчетного метода в виде способа MOB в качестве входных акселерограмм применялись синтетические записи, полученные стохастическим методом для Сунженской зоны ВОЗ (западная ветвь) и для Владикавказского разлома в силу непосредственной близости к черте города - акселерограмма, полученная по программе FINSIM. Кроме того были использованы инструментальные записи реальных сильных землетрясений, зарегистрированных в различных регионах мира.
Для прогноза поведения грунтов при интенсивных сейсмических нагрузках использовалась программа NERA, позволяющая учитывать нелинейные свойства грунтов. Внешнее сейсмическое воздействие задавалось в форме синтетической акселерограммы сильного землетрясения для Владикавказского разлома с магнитудой Мтах = 7.1.
При использовании инструментально-расчетного метода в виде способа инструментальных аналогий для расчетов из банка данных сильных движений Центра, включающего почти 50 000 записей, подбирались записи землетрясений на участках с близкими для исследуемого грунтовыми условиями и характеристиками землетрясений (магнитуда, эпицентральное расстояние и т.д.).
Анализ результатов расчета приращения интенсивности по комплексу методов и способов сейсмического микрорайонирования показывает, что величина приращений интенсивности относительно эталонных, необводненных глинистых грунтов т/пластичной консистенции, к которым отнесена 8 балльная интенсивность, составит:
1) Для глинистых грунтов (мягкопластичные, текучей консистенции и т.д.)- +1 балл.
2). Для галечников с песчано-глинистым заполнителем > 30% - 0 баллов.
3). Для галечников с песчано-глинистым заполнителем < 30% - -1 балл.
Для расчетных записей сильных землетрясений были построены спектры Фурье. Для участка, сложенного 20-метровой толщей глинистых грунтов текучей консистенции, пики колебаний в случае линейного расчета наблюдаются на частотах 2 Гц, 5,5 и 9,25 Гц, в нелинейном случае происходит перераспределение частот колебаний, в целом уровень
амплитуд колебаний для данного участка значительно выше чем для участков, сложенных глинистыми грунтами полутвердой консистенции, и для участков, сложенных галечниками с заполнителем > 30%.
Для участков сложенных 20-метровой толщей глинистых грунтов текучей консистенции наблюдается максимальное усиление амплитуд колебаний и низкие резонансные частоты 1,7-1,9 Гц, 5,5-5,8 Гц. На участке, сложенном глинистыми грунтами п/твердой консистенции, усиление колебаний меньше в два раза и резонансные частоты составят 6-7 Гц. Для верхнего слоя галечников с заполнителем > 30% спектральные амплитуды несколько меньше, основной спектральный пик наблюдается на частоте 10-12 Гц.
На основе аналитического решения задачи о распространении поперечных сейсмических волн в упругом полупространстве, находящемся на жесткой границе, были получены теоретические функции усиления для мощности толщи Н=200. Расчеты также были выполнены с помощью программы MOB и NERA для линейного матеориала. Спектры рассчитанные для мощных толщ с помощью способа MOB и NERA в целом схожи.
На основе вышеизложенного была составлена карта-схема сейсмического микрорайонирования центральной части территории г.Владикавказа в масштабе 1:10 000. На указанной карте - схеме были выделены зоны интенсивностью 7, 8 и 9 баллов.
К 7 балльной злоне отнесены участки, сложенные галечниками с песчано-глинистым заполнителем < 30%. К 8 балльной зоне отнесены участки, сложенные глинистыми необводненными грунтами (п/тв. консистенции и т.д.) и галечниками с песчано-глинистым заполнителем > 30%; к 9 балльной зоне отнесены участки, сложенные глинистыми обводненными грунтами (текучей консистенции и т.д.). Необходимо отметить, что при фундировании на галечники с песчано-глинистым заполнителем < 30% сейсмичность участка составит 7 баллов. Такие участки из-за малого их распространения и сложности выделения точных границ по фондовым материалам были выделены в пойменной северной части города, но также могут присутствовать на отдельных участках 8-балльной зоны.
По ряду причин ряд способов СМР, основанных на использовании мощных источников и предложенный в свое время одним из авторов работы, не был использован. В то же время, были использованы все способы обязательные для применения как основные в процессе сейсмического микрорайонирования (способ регистрации слабых землетрясений и способ сейсмических жесткостей).
В процессе работы было выявлено отсутствие детальности в данных для построения карты инженерно-геологического районирования. В частности, содержание песчано-глинистого заполнителя было указано только для ряда скважин. Уточнение инженерно-геологической карты территории в задачи работы не входило. Тем не менее, в целом ряде случаев фактически такое уточнение было проведено с помощью современных геофизических методов и оборудования.
В связи с тем, что при проектировании и строительстве современных зданий обязательным условием является проведение детальных инженерно-геологических изысканий на конкретной площадке строительства, результаты настоящего исследования вполне достаточны для сейсмостойкого строительства.
Необходимо отметить, что в случае наличия не очень большой перекрывающей глинистой толщи и фундировании сооружения непосредственно на подстилающие галечники с песчано-глинистым заполнителем < 30% сейсмичность участка может быть, вполне обоснованно, отнесена к 7 балльной независимо от сейсмичности прерывающей толщи. Подобный подход может быть применен и в случае фундирования сооружения на подстилающие галечники с песчано-глинистым заполнителем >30%. В таких случаях сейсмичность участка может быть отнесена к 8 балльной, независимо от сейсмичности перекрывающих глинистых грунтов. В то же время в таких случаях необходимо учитывать величину бокового давления при сейсмических воздействиях.
На территории города выделены зоны с неблагоприятными для строительства грунтовыми условиями. К ним относятся территории с распространением просадочных глинистых грунтов и участков с наклоном рельефа превышающим 15°. Перед строительством на просадочных грунтах необходимо проведение обязательных специальных мероприятий в виде их уплотнения с целью исключения в последующем просадок. На участках с крутыми склонами необходимо реализовать мероприятия, исключающие в последующем сползание или повреждение сооружения. Мероприятия для решения обоих проблем в инженерной практике хорошо известны, но могут, и должны учитывать современные инженерные воззрения.