Напомним, федеральный сп 14. 13330 задает силу воздействия при микрорайонировании только уровнем ускорения, то есть проектный подход основан на кинематике движений.

И тогда у Вас есть выбор: или Вы работаете на конкретного проектировщика по федеральному правилу, или Вы работаете на “неграмотного” Заказчика по бальности.

Предпочитаем вслед за Гусевым А.А. исследовать грунтовые спектры по реальным местным записям. Возникает возможность корректировать грубые поправки за резонанс и проверять условие резонанса по фазовому спектру (набег фазы в слое или моды), распределение максимумов на АЧХ по оси частот. В случае, если и уровень, и спектр воздействий задается не моделью очага, использование теоретических акселерограмм для прогноза параметров воздействий теряет смысл. Но всегда стоит вопрос-где брать местные акселлерограммы для синтеза?

На проектной площадке, кроме как организации собственной сети временных сейсмологических станций - временный мониторинг двумя-тремя станциями-одна на эталонной площадке. В этом случае 2-3-х бальное местное событие обязательно зарегистрируете при непрерывной регистрации в течении примерно месяца, если повезет, то и ранее, даже на “стабильных” платформах.

Почему?. На планете практически ежесекундно проходят трясения: удаленные, телесейсмические, всякие. В среднем. До 20-ти раз в год происходят сильные события. 80 раз в год происходят 8-ми бальные события. 2100 раз происходят 6 -7 ми бальные события. Не верьте тем, кто говорит, что нет смысла в разворачивании временных инженерных станций.

Современные пьезоприемники ускорений весьма чувствительны. И надо нарабатывать опыт, что бы, из потока непрерывных записей селективно выбирать местные волновые формы.

Если своих станций нет- следует обратиться письменно за волновой формой с наибольшей интенсивностью в филиал ГС РАН по конкретной ближайшей сейсмостанции из одного и того же сегмента сейсмического пояса. Этот ход хоть и не совсем законный (помним-мы изучаем грунтовые условия площадки), но спасает ситуацию.

Количественная оценка параметров колебаний в понятиях ускорений при СМР, с учетом местных грунтовых условий является кропотливой задачей. Вследствие того, что действуют три взаимосвязанных механизма преобразования ударных волн приповерхностными грунтами:

1-й механизм -усиления (ослабления) амплитуд на доминантных частотах грунтовых материалов, Слои могут усиливать спектральные амплитуды из-за явлений многократных отражений – ревербераций на их границах. Обычно сейсмические волны главного удара и афтершоки имеют характерную длину волны в 100-200 м, отсюда следует, если приповерхностный низкоимпедансный слой имеет акустическую мощностью 30-40 м (Кац А.З., Мержей Е.А., Питилакис Д.), именно тогда возможно образование в слое кратных или стоячих ударных волн (физический резонанс).

2-й механизм - резонансных явлений (зависят от соотношений импедансов, длин волн и мощностей акустических слоев – соотношения входят в понятие стратиграфического резонанса), Источником резонанса служит природная стратификация грунтовых массивов (Николаевский В.Н.).

Как видим, эти два механизма практически близки и какой-то может доминировать в конкретном георазрезе.

3-й механизм -нелинейность связи внутригрунтовых напряжений-деформаций для сильных движений (Джурик В.И. 2000, Павленко О.В.,2009 и др.).

Для районов с потенциалом 8-10 баллов макросейсмической интенсивности часто зависимости напряжения-деформации относятся к жесткому типу на гистерезисных петлях, что характерно вблизи разломных плоскостей. Это требует применения алгоритмов нелинейного анализа в геотехническом моделировании сценарных землетрясений – в так называемых моделях сейсмического эффекта (МСЭ и Павленко О.В. 2009 г, по Уломову В.И.-сценарные землетрясения).

Природа познается человеком через процедуры моделирования и научная работа в отличии от инженерной деятельности отличается как раз тем, что модель создается в процессе исследований. В инженерии же работы проводятся по готовым проверенным образцам. Привожу этот тезис к тому, что обьективный отчет по СМР лучше строить по СОГИНовским правилам.

Скорости поперечных волн и плотности определяют импеданс грунтовых слоев и коэффициент усиления грунтового основания на различных периодах (частотах). Они же участвуют в расчетах динамического модуля сдвига. Сдвиговая деформация рассматривается, как начало массового скольжения в грунтах: Gmax=ρVs².

В методе жесткостей можно импедансы заменять на сдвиговые прочности и это требует отдельного изучения получаемых приращений. Наш небольшой опыт в Восточной Сибири говорит, что единичные приращения по текучепластичным суглинкам достигали +3 инкремента по отношению к доломитам, но никак не в ±1,2 балла как предполагают авторы СП14.13330.

При подходе ударной волны любой поляризации снизу под небольшим углом к нормали тонкого слоя рыхлых грунтов из коренных пород коэффициент прохождения изменяет свою величину из-за падения плотностей и скоростей и горизонтальная составляющая (или вертикальная) коэффициента конверсии становится больше единицы и может достигать величины 2 и более.

В таких случаях слой рыхлых грунтов как волновод, играет роль природного усилителя ударной волны. В неблагоприятных случаях, и под острыми углами к поверхности, из-за расщепления монотипных волн на обменные и при наличии низкоскоростного волновода для поверхностных волн, амплитуды могут возрасти в два раза (при условии удара от семи баллов).

В частотной области это эквивалентно тому, что частотный состав приходящих ударных волн, совпадает с частотной характеристикой низкоскоростного слоя-фильтра (можно определять совпадение по видимым периодам местных землетрясений и по амплитудно-частотным характеристикам микросейсм).

- мощность акустического низкоскоростного слоя от 25 м, т.е. кратна, четверти длины волны от сильного регионального события (длина ударной волны на периоде 1,0 сек при скорости Рэлеевских волн в 100-200 м/сек в рыхлых породах равна 100-200 м. На Сахалине, например, длина волны подтверждалась искривляемыми жд рельсами.

Таковы фактологические основы сейсмики и они положены в расчеты.

По современным представлениям в инженерной сейсмологии метод, который позволяет оценить резонансные характеристики грунтовых оснований, становится в ряд основных инструментальных методов, обязательных для применения.

И так. Мы имеем обязательным применение ММЗ, инженерной сейсморазведки или ВСП, и крайне желательную регистрацию сейсмоэмиссии. Это триада экспериментальных методов применяется повсеместно мировым сообществом профессиональных инженеров. И в России должно быть так же.

Часть 2 Eurocode 7 упоминает об использовании дополнительных испытаний грунтов, имеющих международное признание. Такие методы сокращенно обозначаются SE или сейсмотесты по MASW (SASW)-анализу. Аналогичные правила есть и в российских инструкциях.

Кроме того, никаким иным образом нельзя измерить коэффициент Пуассона применяемый при проектировании фундаментов на естественных основаниях, без привлечения двух типов обьемных волн: сжатия и сдвига.

Обычно проектировщик фундаментов привлекает табличные данные упругих модулей грунтов и крупно ошибается при расчетах предельных равновесий грунтов. На самом деле, коэффициенты Пуассона и упругие модули - это функции сдвигового деформированного состояния грунтов от нагрузок на грунты и при SE их принято считать начальными (для упругой стадии деформирования грунтов в условиях небольшого горного давления на эхо-глубине Hvs30).

Следует выделить две особенности SE. Проводятся обычно на сооружениях повышенной ответственности, а результаты сейсмотестов несут интегрально-осредняющий характер, в следствии изучения большого обьема грунтовой среды (первая зона Френеля). В некоторых случаях проводятся, если на площадке отсутствуют тесты CPT или DPT, FVT, PLT или PMT.

Могут использоваться, как в модификациях наземных скоростных зондирований (Масгрейва), так и межскважинном просвечивании или ВСП.

SE относят к классу динамических испытаний для определения начальных (упругих) модулей и доказано, что динамические модули можно использовать для статических расчетных задач взаимодействия основания и сооружения (Массарш К.Р., 2004), то есть моделировать реакций грунта на фундамент с нагрузками.

 

Доминантные частоты грунтовых материалов.

 

В «инженерном диапазоне периодов» 0,1-3 сек, важном для учета сейсмической нагрузки нужно дать ответ на вопрос о “грунтовых” периодах – какие преобладают.

Инженерный диапазон периодов землетрясений в СП 14.13330 условно разбит на три поддиапазона. T<0,25 сек; 0,25<T<0,40; Т>0,40 сек.

Вопрос же о возможностях слоев-резонаторов при реализации сильного события дается после результатов моделирования сейсмического эффекта. Тем самым исполняются положения п.6 ст. 15 ФЗ-384 прямого действия.

Сегодня среди сейсмологов достигнуто понимание, что для привлечения акселлерограмм - аналогов сильных движений со стороны должны быть обеспечены условия одинаковой геодинамической обстановки в самом широком смысле. Этому требованию обычно отвечают ближайшие соседи по геодинамической обстановке или одной сейсмической зоны активизации.

Например- работы проводятся вблизи западных Саян, в пределах Алтай-Саянского сегмента Урало-Охото-Монгольского (охотоморского) сейсмического пояса. Нельзя привлекать сторонние акселлерограммы из других поясов и сегментов.

А если акселлерограммы негде взять вблизи площадки проектирования?.

Только имея свои собственные инженерные станции можно законным способом проводить СМР. Не нужно кланяться чужим людям из ГС РАН. Там клановая система-их руководители пытаются зарабатывать деньги на своей телеметрии.

Физический смысл использования местных акселлерограмм заключается в том, что их фазовый спектр на ударном фронте, связанный с местными геологическими особенностями на трассовом пути очаг - дневная поверхность площадки проектирования, никаким иным образом нельзя синтезировать, не прибегая к сильным, как правило, недостоверным допущениям.

Именно поэтому нужна регистрации местных землетрясений.

Нужны аккуратные измерения шума природных осцилляторов пассивной сейсмикой с соблюдением условий эталонности.

Нужны измерения на грунтовых профилях сейсморазведочными методиками (сейсмокаротаж, ВСП в разрезе или наземная сейсморазведка).

Для случаев ответственных, особо ответственных зданий и сооружений.

Но не для введения поправок в интенсивность, а для формулировки природного стратификационного резонанса, порога сейсмической опасности в параметрах ускорений и синтезирования местных акселлерограмм на уровень ПЗ или МРЗ.

Для этого нужны волновые формы местных землетрясений: длительность и фазовый спектр из наблюдений за сейсмической эмиссией зафиксированные на площадке экспериментально. Так что лучше, в арсенале Исполнителя иметь собственные инженерно-сейсмологические станции в количестве-двух-трех для надежной локации местных землетрясений.

Свои волновые формы позволяют применить полуэмпирический метод Харцелла и идею Джурик В.И. (2000 г) о фазовом спектре местного землетрясения, как уникальном, отвечающим только за местные особенности на трассовых путях очаг-среда-грунт, для создания синтетических акселлерограмм и PGA.

Предложенный Лабораторией инженерной сейсмологии (Джурик В. И., ИЗК СО РАН) способ задания синтетических сигналов сильных землетрясений для прогнозного расчета сейсмических воздействий, основан на теории восстановления сигналов и изображений по фазовым характеристикам слабых землетрясений, является вариантом полуэмпирического метода Харцелла.

Таким образом, фазовый спектр местного события, полученный экспериментально на площадке вместе с длительностью оставляем. Амплитудный спектр местного события масштабируем на уровень PGA.

Переход к пиковым ускорениям от волновых форм местных землетрясений особенно сложен. Сложен потому что, надо учитывать для какой зоны местного события нужны расчеты полусинтетической акселлерограммы.

Обычно останавливаемся на одном варианте, например, для ближней очаговой зоны (30 км по рекомендациям ЕС-8). Я предпочитаю средние и дальние дистанции по некоторым тривиальным соображениям.

В некоторых случаях лучше учитывать кинематику по Ариасу. Увеличиваем амплитудный фактор (коэффициент перехода от экспериментальной PGA к проектной) в соответствии с уравнением макросейсмического поля.

Шаг новой РСШ для PGA теперь равен 2,5 и его регрессионное уравнение: lg A, см/с² = - 0.755 + 0. 4 I ± 0.08. Контролируем ускорения этой формулой. Сегодня, эта шкала-современная в РФ мера, признанная большинством сейсмологов.

Принимаем для района работ формулу кумулятивного уравнения макросейсмического поля от сейсмологов, если она есть, тем самым перекрестно проверяем и корректируем PGA для площадки.

Уточненные за грунтовые условия интенсивности подстановкой в формулу дают нам пиковые ускорения (PGA).

Пиковые ускорения умножением на диапазон преобладающих периодов (распространение экспериментальной сейсмологии) дадут колебательные смещения (скорости) грунтовых матриц: грунтовые деформации PGV.

Экстраполяция экспериментальных акселлерограмм на пиковые ускорения дадут полусинтетическую акселлерограмму для прямых динамических расчетов систем сооружение-основание на проектной площадке.

Карты СМР

Карты сейсмического микрорайонирования строим по комплексному анализу геологической, тектонической и геофизической информации. В основу карт СМР вкладываем следующие материалы:

1. Распределение сейсмических зондирований, записей микросейсм и крипа желательно проводить на топокарте крупного масштаба 1:25000-1:5000. Это слой фактического материала- то есть Ваша карта фактов, а в ПЗ Вы ее приводите в виде Каталога координат.

2) Фрагмент последней Тектонической карты и фрагмент геологической карты М 1:200000 на район работ (слой геолого-тектонического материала, иногда удается у местных геологов “добыть” геолкарту М 1:50 000) академических институтов или их тектонические схемы, как наиболее авторитетные;

3) амплитудно-частотные характеристики грунтовой толщи (спектры мощностей, откорректированные по экспериментальным периодам местных землетрясений);

4) приращения сейсмической интенсивности за местные грунты, полученные по волновым сопротивлениям и стратиграфическом резонансе в сейсмореализующем слое;

5) прогнозные ускорения –PGA, скорости колебательных смещений грунтовых матриц или деформации-PGV, по параметру АсТ₀.

Последний прогнозный параметр представляет особый интерес. Он касается такой формы грунтовых движений как колебательные смещения. Этот вид грунтовых движений до сих пор не востребован инженерами-проектировщиками, а его корреляция с бальностью весьма низка (0,55). Этот параметр получаем из экспериментальных данных и пользуемся при этом средневзвешенными оценками.

Уточнения сейсмических воздействий от исходного уровня сейсмичности по карте ОСР-97, к макросейсмическому потенциалу, обосновываются при обобщении геолого-тектонических и сейсмологических данных, постановки комплекса экспериментальных и расчетных методов сейсмического микрорайонирования. Если Ответственный Исполнитель - нормальный инженер, знаком с научной этикой, недозволенные приемы снижения грунтовой интенсивности он не использует.

Геотехническое моделирование программным способом. Модели сейсмического эффекта (прямое требование п.6 ст. 15 ФЗ-384).

Сентенция от Павлова А.Н.

Всякая рабочая модель получает доверие лишь тогда, когда она позволяет воспроизвести наблюдаемый факт или дает оправдываемый наблюдениями прогноз.

Коллеги! Вот так. Ни больше ни меньше.

Отчет по построению грунтовой (геотехнической) модели для оценки сейсмического эффекта (МСЭ) включает следующие материалы:

- описание модели сильных движений грунта и алгоритма, ее реализующего;

- параметры грунтового профиля;

- материалы, отражающие процесс получения численных значений параметров модели;

-рекомендуемые значения параметров грунтовой модели для антисейсмического проектирования.