Моделирование сейсмических воздействий и применение сейсмозащиты. Часть 4.

Страницы:   1   2   3   4   5

---

3.3.1.Исходная сейсмичность и инженерно-геологические условия площадки строительства

 

Согласно картам ОСР-2015-А, ОСР-2015-В и ОСР-2015-С, г. Находка и участок строительства расположены в 6-балльной, 7-балльной и 8-балльной зонах сейсмической опасности, соответственно. Расчеты сейсмических воздействий требуется произвести в соответствии с картой ОСР-2015-С. Согласно этой карте, сейсмическая интенсивность на средних грунтах составляет 8 баллов (рисунок 3.2).

 

В соответствии с принятой концепцией построения карт ОСР-97, в «линеаментно-доменно-фокальной» (ЛДФ) модели рассматривается регион с его интегральной характеристикой сейсмического режима и три его основных структурных элемента — линеаменты, представляющие оси верхних кромок трехмерных сейсмоактивных разломных структур и структурированную сейсмичность и являющиеся основным каркасом ЛДФ- модели; домены или так называемые «квазиоднородные сейсмотектонические провинции», характеризующиеся рассеянной сейсмичностью; потенциальные очаги землетрясений, указывающие на наиболее опасные участки и, как правило, приуроченные к линеаментным структурам. Согласно ЛДФ-модели, каждый из линеаментов, способный генерировать землетрясения с максимальной возможной магнитудой (Мmах), включает в себя также и линеаменты меньших рангов, вплоть до М = 6.0. Очаги с Мтах = 5.5 и менее, как правило, принадлежат доменам.

Исходя из этой линеаментно-доменно-фокальной (ЛДФ) модели источников землетрясений, использованной при создании карт ОСР-2015, определено местоположение потенциальных очагов землетрясений, от которых сейсмический эффект на площадке строительства объекта может оказаться максимальным. При этом, в соответствии с картой ОСР-2015-С, нужно принимать во внимание возможные сильные землетрясения с периодом повторяемости 5000 лет.

На этих же картах показаны очаги сценарных землетрясений Z1 и Z2, выбранные в соответствии с картой ОСР-2015-С (т.е. соответствующие периоду повторяемости 5000 лет).

Как видно из рисунка 3.3, ближайшие к объекту линеаменты — L0857, L0859 и L0860 способны генерировать землетрясения с максимальной магнитудой М=6.0. Линеамент L0857 находится наиболее близко к объекту, поэтому выберем его в качестве сценарного землетрясения Z1. В соответствии с картой ОСР-2015-С, очаги сценарных землетрясений Z1 на рисунке 3.3 помещены в области линеамента L0857, максимально приближенные к площадке строительства объекта так, чтобы периоды повторяемости таких событий составляли 5000 лет.

Как видно из рисунка, объект расположен в пределах домена D0391, охватывающего возможные сейсмические очаги, способные генерировать землетрясения с максимальными магнитудами 5,5. В качестве второго сценарного землетрясения Z2 выберем событие с магнитудой М = 5.5, связанное с доменом D0391, в пределах которого расположен объект. Потенциальный очаг такого землетрясения может быть расположен в непосредственной близости от строительного объекта и даже под ним. Но вероятность возникновения землетрясения с очагом непосредственно под стройплощадкой крайне мала, и положения очагов сценарных землетрясений Z2 выбраны в соответствии с картой ОСР-2015-С, соответствующей периоду повторяемости 5000 лет.

На рисунке 3.3 показаны сейсмогенерирующие структуры — линеаменты и домены из базы данных карт ОСР-2015 в окрестностях г. Находка.

Характеристики этих выбранных для расчетов землетрясений представлены в таблице 2. С учетом сейсмического режима района периоды повторяемости землетрясений Z1 и Z2 оцениваются приблизительно в 5000 лет (рисунок 3.3, таблица 2), что соответствует карте ОСР-2015-С.

Таким образом, выбраны местоположения потенциальных очагов сценарных землетрясений с периодами повторяемости — 5000 лет (в соответствии с картой ОСР-2015-С), от которых сейсмический эффект на площадке строительства может оказаться максимальным.

 

Таблица 2. Очаговые параметры сценарных землетрясений для промышленной площадки объекта КННП ЗАО «ВНХК» в соответствии с картой ОСР-2015-С

 

3.3.2.Моделирование акселерограмм сейсмического воздействия

 

Значение сейсмической нагрузки, соответствующей уровню ПЗ, определялось с учетом следующих коэффициентов:

K₀ – коэффициент, определяемый назначением здания, K₀ = 1,2;

K1 – коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений при расчетном сейсмическом воздействии, К₁= 0,3;

A – значение ускорения в уровне основания, А = 4,0 м/с²;

К_ψ – коэффициент, учитывающий способность сооружения к рассеиванию энергии колебаний, К_ψ=1,0.

В качестве расчетных сейсмических нагрузок (воздействий), соответствующих уровню МРЗ, использовались синтезированные акселерограммы землетрясений для конкретной площадки строительства. Данные акселерограммы учитывают расположение, ориентацию объекта, состав грунтов и сейсмическую опасность площадки строительства.

Значение сейсмической нагрузки определялось с учетом следующих коэффициентов:

K₀ – коэффициент, определяемый назначением здания, K₀ = 2,0;

K1 – коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений при расчетном сейсмическом воздействии, К₁= 1;

3.3.2.1.Представление акселерограммы в виде нестационарного случайного процесса

Известно, что землетрясение представляет собой ярко выраженный случайный процесс, поэтому акселерограммы землетрясений могут рассматриваться как реализации некоторого нестационарного случайного процесса.

Статистическое описание сейсмического воздействия расчленяется на две части: статистическое описание интегральных признаков землетрясения и статистическое описание нестационарного случайного процесса при фиксированных значениях интегральных признаков.

Для нестационарного случайного процесса a(t) было предложено представление в виде произведения стационарного случайного процесса y(t) на некоторую функцию времени A(t), параметрически зависящую от интегральных признаков:

,(3.1)

,(3.2)

Значения параметров А0 и t0 назначаются в результате анализа набора имеющихся инструментальных акселерограмм. При этом необходимо произвести выделение стационарной части случайного процесса a(t).

 

3.3.2.2.Параметры сейсмического воздействия

 

Для получения оценки спектральной плотности мощности процесса необходимо выделить стационарную часть инструментальных акселерограмм. Выделение стационарной части выполнялось на основании предположения, что акселерограмма представляет собой реализацию нестационарного случайного процесса (3.1).

Поскольку запись акселерограммы включает в себя различного рода шумы, то наибольший интерес представляет только участок ее активной фазы. Для определения границ этого участка использовался следующий алгоритм. Первоначально определяется значение времени tmax от начала записи акселерограммы, соответствующее максимальному значению ускорения. Предполагается, что tmax = tstart, + to, где tstart — время от начала записи до начала активной фазы. Далее для каждого момента времени t = t_slart от начала записи до t_max вычисляется параметр t_o = t_max — t_start, и отношение a(t + Δt∙i)/a(t), где Δt = 0,005 с – интервал между соседними отсчетами, значение i = 1÷200 (т.е. отношения вычислялись для точек отсчета с интервалом до 1 с). Согласно выражению (3.1) должно выполняться следующее равенство:

На основании данного равенства за начало активной фазы принимается момент времени, для которого:

Конец активной фазы t_end определяются из выражения:

, (3.4)

Выражение (3.4) определяет момент времени, при котором значение функции, характеризующей нестационарную часть в выражении (3.1), уменьшается в 100 раз по сравнению со своим максимальным значением.

Для выделенного участка активной фазы окончательно определяются значения параметров A0 и t0 из условия минимума суммы квадратов разности между значениями ускорений и значениями функции A(t) для каждого отсчета времени. Решение задачи определения минимума находится методами квадратичного программирования. Стационарная часть выделяется путем деления значений ускорений участка активной фазы исходной инструментальной акселерограммы на значения функции A(t), вычисленные для соответствующих отсчетов времени.

В результате спектрального анализа для стационарной части рассмотренных акселерограмм были построены спектры и определены доминирующие частоты.

Совокупность полученных значений доминирующих частот рассматривается как множество реализаций случайной величины — доминирующей частоты, при этом отдельно исследуются частоты, соответствующие горизонтальным и вертикальным компонентам акселерограммам.

Помимо статистических характеристик доминирующей частоты также определяются характеристики параметра t0 .

 

3.3.2.3.Методика моделирования расчетных акселерограмм

 

Для моделирования акселерограмм воспользуемся одной из стохастических моделей детерминистского подхода –спектрально-временной моделью Я. М. Айзенберга. Данная модель сейсмических колебаний грунта, учитывает возможное разнообразие спектрального состава различных землетрясений и позволяет прогнозировать спектры вероятных, но незарегистрированных землетрясений.

Особенностью упомянутой модели является то, что в расчетах учитывается не одна характерная акселерограмма (или спектр реакции), а набор акселерограмм (или спектров реакции). Каждой акселерограмме из набора или спектру реакции соответствует определенная доминантная (несущая) частота. Доминантные частоты заполняют определенную область, задаваемую на основании имеющихся эмпирических данных. Такой способ описания расчетного воздействия учитывает неполноту исходной информации о доминантных частотах ожидаемых землетрясений. Эта неполнота информации определяется как отсутствием сейсмологических данных, так и физическим разнообразием движений. Рассматриваемая модель воздействия учитывает четыре параметра. Три параметра являются некоторыми простыми функциями четвертого параметра (несущей частоты).

Для построения сейсмического воздействия для конкретной площадки строительства необходимо знать, какова доминантная (несущая) частота колебаний грунтовой толщи. В качестве решения данной задачи предлагается определять несущую частоту процесса по методике, разработанной Э.Е. Хачияном, в соответствии с которой землетрясение представляется как мгновенный разрыв среды, что приводит к мгновенному вспарыванию блоков земной коры с образованием их относительной подвижки. После разрыва каждый блок будет совершать движение, сходное со свободными колебаниями некоторой условной консольной плиты определенной длины, вызванное начальной скоростью у свободного конца (разрыва). На достаточном удалении от очаговой зоны (более 10 км от линии разрыва) горизонтальными деформациями можно пренебречь.

Входными параметрами для расчета являются физико-механические характеристики грунтовой толщи площадки строительства, а именно:

Н – мощность слоя;

ρ – плотность грунта;

v_s – скорость поперечной волны.

При моделировании каждой расчетной акселлерограмы использовались изученные геологические профили, генерируется 25 реализаций стационарного случайного процесса y(t) с заданными спектральными характеристиками. Из полученного семейства реализаций выбирается реализация с наибольшей дисперсией y_i(t). Для получения соответствующей компоненты расчетной акселерограммы a_i(t) берется произведение данной реализации y_i(t) и детерминированной функции A(t) и производится нормирование для каждого геологического профиля:

, (3.6)

Горизонтальные и вертикальные компоненты акселерограммы нормируются на максимальное ускорение, значение которого определяется расчетным путем по результатам геофизических данных для каждого геологического профиля. В итоге получены синтезированные воздействия, содержащие в себе наиболее опасные явления всех геологических профилей.

Расчеты проведены в соответствии с картой ОСР-2015-С. В результате расчетов получено трехкомпонентное синтезированное воздействие, соответствующее площадкам строительства сооружения 3080.1. Результаты расчетов приведены на рисунках 3.4 – 3.9.

 

 

 

 

 

 

Выводы: В результате исследований по оценке сейсмической опасности в районе строительства объекта КНХП ЗАО «ВНХК» рассчитаны характеристики колебаний на поверхности условной скалы и на поверхности грунта при сценарных землетрясениях, выбранных в соответствии с картой сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-2015-С.

Полученные значения ускорений грунта при синтезированном воздействии (сооружение 3080.1) достигают 380,1 см/с² на горизонтальной компоненте в направлении Ох, 321,7 см/с² на горизонтальной компоненте в направлении Оу, 164,15 см/с² на вертикальной компоненте, что соответствует балльности 9 по шкале MSK-64.

Преобладающие частоты колебаний при этом синтезированном воздействии: 2,63- 11,1 Гц на горизонтальной компоненте в направлении Ох, 2,63-11,1 Гц на горизонтальной компоненте в направлении Оу, 7,69-16,17 Гц на вертикальной компоненте.

---

Страницы:   1   2   3   4   5