Вісник НАН України. 2018. № 7. С.39-46
https://doi.org/10.15407/visn2018.07.040

СЕМЕНОВА Юлія Володимирівна —
кандидат фізико-математичних наук, науковий співробітник відділу сейсмічної небезпеки Iнституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України
https://orcid.org/0000-0003-4628-8663

МОДЕЛЮВАННЯ РЕАКЦІЇ ҐРУНТІВ НА СЕЙСМІЧНІ ВПЛИВИ ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СЕЙСМОСТІЙКОСТІ СПОРУД ЗА ЄВРОПЕЙСЬКИМИ СТАНДАРТАМИ
За матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 30 травня 2018 року

Розвинуто методику визначення резонансних властивостей ґрунтів під будівельними майданчиками з урахуванням нелінійних ефектів, в основі якої лежить аналітично-емпіричний підхід до розрахунку частотних характеристик ґрунтів. Удосконалено методику побудови частотних характеристик ґрунтових комплексів для сейсмічного мікрорайонування майданчиків у сейсмічних районах України з метою її узгодження з рекомендаціями європейських будівельних стандартів «Єврокод-8». Удосконалену методику визначення резонансних властивостей ґрунтів впроваджено при визначенні сейсмічної небезпеки майданчиків ряду наявних і проектованих об’єктів, таких як ГЕС, АЕС, висотні житлові та експериментальні будинки, громадські центри, газоперекачувальні станції тощо.

Ключові слова: сейсмічне мікрорайонування, нелінійні властивості ґрунтів, частотна характеристика, резонансні властивості ґрунтів.

Метою сейсмічного мікрорайонування будівельних майданчиків є прогнозування реакції ґрунтів на можливий інтенсивний землетрус для запобігання значним пошкодженням або руйнуванню будівель і споруд [1, 2]. Незважаючи на велику кількість робіт у цій галузі, прогнозування поведінки ґрунтів під дією сильних сейсмічних впливів залишається однією з найактуальніших проблем інженерної сейсмології. Ступінь пошкодження об’єктів під час землетрусу залежить не лише від рівня сейсмічних впливів, а й від якості сейсмостійкого проектування та будівництва, а також від сейсмічних властивостей ґрунтів у їх основі. Забезпечити необхідну сейсмостійкість об’єктів можна лише за умови правильного прогнозування кількісних параметрів сейсмічної небезпеки майданчика, що досягається завдяки виконанню комплексу робіт з сейсмічного мікрорайонування [2].

Величину руйнівного ефекту визначають спектральний склад та інтенсивність сейсмічних коливань. У разі інтенсивних сейсмічних впливів проблема оцінки реакції ґрунту істотно ускладнюється, оскільки поведінка ґрунтів стає нелінійною. За таких умов реакція ґрунту залежить як від складу, фізичних параметрів, потужності та водонасиченості ґрунтових шарів, так і від інтенсивності землетрусу, частотного складу коливань у його джерелі та на покрівлі консолідованого фундаменту під майданчиком. При інтенсивних землетрусах може спостерігатися ущільнення і просідання, розпушування і набухання пухких ґрунтів, а в деяких випадках — розрідження водонасичених ґрунтів та інші небезпечні явища.

Нелінійність реакції ґрунту призводить до суттєвої зміни форми і спектра сейсмічних коливань, що поширюються в ґрунтових шарах. При цьому резонансні частоти, на яких спостерігаються підсилення коливань ґрунтів, виявляються залежними від інтенсивності сейсмічних впливів. При інтенсивних впливах значення резонансних частот можуть помітно знижуватися відносно значень, встановлених у результаті проведення інструментальних досліджень методом реєстрації слабких землетрусів, вибухів і короткоперіодичних мікросейсм. Оцінка резонансних властивостей ґрунтів основана на визначенні їх частотної характеристики, яка є комплексною функцією частоти. Частотна характеристика дозволяє отримати інформацію про зміну в заданому частотному діапазоні інтенсивності коливань на поверхні ґрунтової товщі або у внутрішніх точках середовища.

Найточніший метод визначення частотних характеристик ґрунтів потребує реєстрації максимально можливих землетрусів безпосередньо на самому майданчику. В умовах України використання цього методу є практично нереальним через те, що за короткий час, відведений для сейсмологічних досліджень під проектування, одержати записи землетрусів в умовах слабкої і помірної сейсмічності, як правило, не вдається. Інші методи, рекомендовані чинними нормативними документами [1], ґрунтуються на уявленнях про лінійну поведінку ґрунтів при сейсмічних впливах. Нелінійні явища в ґрунтах при цьому не враховуються.

Зростаючі темпи і обсяги будівництва висотних будівель та важливих інженерних споруд потребують освоєння нових територій, які, за експертними оцінками, часто характеризуються складними інженерно-геологічними умовами та погіршеними сейсмічними властивостями. Міста розширюються, освоюючи для забудови території, ґрунти яких зазвичай, згідно з ДБН В.1.1-12:2014, належать до III і IV категорій за сейсмічними властивостями. Такі ґрунти мають помітні нелінійні властивості, які проявлятимуться по-різному, залежно від інтенсивності і частотного складу сейсмічних впливів. З огляду на це, врахування нелінійних властивостей ґрунтів є необхідним. Зазначені вище фактори зумовлюють потребу в удосконаленні методики визначення частотних характеристик ґрунтової товщі з урахуванням її нелінійних властивостей для територій з високою і помірною інтенсивністю прогнозованих сейсмічних впливів, до яких належить значна частина території України. Це й визначає актуальність теми досліджень.

Повний текст