Пояснительная записка - МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Владикавказский научный центр РАН и Правительства Республики
Северная Осетия-Алания ЦЕНТР
ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
(ЦГИ)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КАРТЕ-СХЕМЕ
СЕЙСМИЧЕСКОГО МИКРОРАЙОНИРОВАНИЯ
ТЕРРИТОРИИ Г.ВЛАДИКАВКАЗА
Владикавказ, 2010
ВВЕДЕНИЕ
Разработка карты сейсмического микрорайонирования территории г.Владикавказа
в
Республике
Северная
Осетия-Алания
была
произведена
в
соответствие
с
Государственным контрактом на выполнение работ для нужд Республики Северная
Осетия - Алания от 27 июля 2009 года между Центром геофизических исследований
Владикавказского научного центра Российской академии наук и Правительства
Республики Северная Осетия-Алания (ЦГИ ВНЦ РАН и РСО-А) и Министерством
архитектуры и строительной политики РСО-А.
Объектом настоящих исследований являлись сейсмические условия территория
г.Владикавказа для сейсмостойкого строительства.
Целью настоящей работы, представляющей заключительную часть работ по
сейсмическому микрорайонированию территории г.Владикавказа, являлось проведение
специальных полевых исследований и камеральной обработки полученных данных с
учетом результатов предыдущих работ для создания основ собственно карты
сейсмического микрорайонирования (СМР).
Для
уточнения
современные
различных
измерительные
показателей
средства
и
грунтовой
оборудование:
толщи
использовались
Георадар
«ОКО-2»,
электроразведочная станция ЭРП-1 и сейсморазведочная станция станции «Лакколит X2М». Это позволило в процессе исследования осуществлять контроль получаемых
данных. Указанная в комплексе аппаратура основана на результатах новейших
достижений отечественных приборостроителей на уровне мировых стандартов и
обеспечена современными программами компьютерной обработки полевых материалов.
В
работе
соответствующих
были
использованы
способов
слабых
инструментальный
землетрясений,
метод
сейсмических
СМР
в
виде
жесткостей
и
микросейсм, а также расчетный метод в виде способа MOB и NERA. Кроме того, впервые
использовался разработанный нами ранее новый, инструментально - расчетный метод,
применение которого основано на непосредственном использовании базы данных
сильных движений типа K-NET в виде реальных записей сильных землетрясений,
зарегистрированных в различных регионах мира.
На
основе
результатов
уточнения
исходной
сейсмичности
(УИС)
и
макросейсмического обследования проявления прошлых землетрясений был установлен
эталонный грунт (средние грунтовые условия) в виде необводненных глинистых грунтов
полутвердой консистенции к которому отнесена исходная интенсивность (сейсмичность)
территории равная 8 баллам. Рассчитывались приращения интенсивности на участках с
3
типичными грунтовыми условиями с помощью выше приведенных методов и способов
СМР. Далее построена карта сейсмического микрорайонирования центральной части
г.Владикавказа в единицах макросейсмической интенсивности, в масштабе 1:1000
На карте сейсмического микрорайонирования выделены зоны с 7, 8 и 9 балльной
интенсивностью (сейсмичностью). К 7 балльной зоне отнесены участки, сложенные
галечниками с песчано-глинистым заполнителем < 30%. Указанные грунты на территории
города за редким исключением повсеместно перекрыты глинистыми грунтами различной
мощности. В зависимости от мощности слоя подобные участки относятся к 7, 8 или 9
балльным зонам. К 8 балльной зоне отнесены участки, сложенные с поверхности
глинистыми необводненными грунтами (п/тв. консистенции и т.д.) и галечниками с
песчано-глинистым заполнителем > 30%; к 9 балльной зоне отнесены участки, сложенные
толщей глинистых непрочных грунтов (текучей консистенции и т.д.), которая будет
служить основанием для сооружения и участки с наклоном рельефа превышающим 15°.
Участки
сложенные
непосредственно
галечниками
с
песчано-глинистым
заполнителем < 30%) из-за малого их распространения и сложности выделения точных
границ по данным фондовых материалов, были выделены в пойменной северной части
города, но также могут присутствовать на отдельных участках 8-балльной зоны.
Необходимо отметить, что даже в случае наличия относительно 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 обоих случаях необходимо учитывать величину бокового давления.
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°.
4
1. УТОЧНЕНИЕ ИСХОДНОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ
(УИС)
На заключительном этапе УИС на основе полученных исходных данных выполняются
расчеты прогнозируемых сейсмических воздействий на объект СМР. Определяется
исходная сейсмическая сотрясаемость для объекта СМР, т. е. сейсмическая балльность и
соответствующая ей повторяемость. Исходными материалами для таких расчетов могут
служить: схема зон ВОЗ с максимальной ожидаемой магнитудой землетрясений по каждой
зоне; карта сейсмической активности, которая позволяет для каждой зоны ВОЗ определить
присущую ей повторяемость землетрясений различных магнитуд; график повторяемости
землетрясений, определяющий вместе с сейсмической активностью повторяемость
землетрясений различных магнитуд; уравнение макросейсмического поля, дающее
корреляционную зависимость наблюдаемой балльности от магнитуды землетрясения,
эпицентрального расстояния и глубины очага; данные о глубинах очагов сильных
землетрясений района.
В результате расчетов сотрясаемости для объекта СМР определяются возможная
интенсивность проявления прогнозируемых землетрясений на объекте СМР в баллах и
соответствующая повторяемость этих событий. Как правило, исходная балльность и
полученные
каким-либо
способом
количественные
характеристики
сейсмических
воздействий из наиболее опасных зон ВОЗ приписываются опорному (эталонному) пункту с
хорошо изученными геологическими, инженерно-геологическими и гидрогеологическими
условиями и характеристиками физико-механических и сейсмических свойств слоев в
разрезе и слагающих верхнюю толщу грунтов. Балльность, повторяемость землетрясений и
количественные характеристики сейсмических воздействий на опорном (эталонном) участке
территории СМР определяются следующими известными способами:
- расчетом по известным зависимостям от магнитуды и эпицентрального расстояния
интенсивности в баллах, величины максимального ускорения, преобладающего периода и
эффективной длительности колебаний (по Н.В. Шебалину, Ф.Ф. Аптикаеву, В.В.
Штейнбергу);
- подбором из Мирового банка данных аналоговых акселерограмм, соответствующих
по амплитудному уровню и спектральному составу прогнозируемым землетрясениям.
В 2010 г. выполнена актуализация карт детального сейсмического районирования
территории РСО-А на основе уточненной карты зон возможных очагов землетрясений
(ВОЗ), что было учтено в работе.
5
Для территории Северной Осетии созданы карты сейсмической опасности,
определенные как вероятность превышения фиксированной величины сотрясений в
течение
различных
времен
экспонирования.
Был
создан
набор
карт
для
макросейсмической интенсивности и пикового грунтового ускорения (PGA) для
повторяемости 50 лет с вероятностью превышения 1%, 2%, 5% и 10%. Карта
наблюдаемых максимальных интенсивностей сопоставлялась с картами различных
периодов экспозиции и на основе анализа различий между наблюдаемыми и расчетными
картами была выбрана наиболее реальная карта. В соответствии с этими критериями, для
сейсмического районирования территории Северной Осетии может быть рекомендована
карта 5% вероятности превышения в течение 50 лет.
В процессе работы необходимо было исследовать спектральные характеристики
колебаний грунтов. Этот фактор очень важен для оценки реальной сейсмической
опасности городов.
В процессе исследования были специально составлены карты в единицах ускорения
с различной вероятностью экспозиции в условиях традиционного ступенчатого изменения
значений и более плавного перехода от одной группы значений расчетного воздействия к
другим. Сопоставление результатов показывает, что плавный переход от одной
сейсмической зоны к другой предпочтителен. С другой стороны, в связи с большей
детальностью повышаются требования к качеству исходного материала, которое будет
достигнуто лишь в будущем по мере накопления инструментальных данных в регионе. В
связи с этим, в качестве основного материала рассматриваются результаты, основанные на
традиционном подходе и широко используемом на практике.
Полученные результаты наглядно показывают прогрессивность использования
современных технологий при оценке сейсмической опасности и при решении задач
взаимодействия различных факторов, формирующих такой многофакторный процесс, как
землетрясение.
Согласно полученным результатам УИС фоновая или исходная сейсмичность
территории г.Владикавказа составляет 8 баллов. Она должна быть отнесена к средним
грунтовым условиям для территории города.
6
2. СОЗДАНИЕ ТИПИЧНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА
ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ (г. Владикавказ)
На основе используемого, как правило, на территории СНГ подхода были
рассчитаны синтезированные акселерограммы и их спектры для нескольких зон,
способных сгенерировать на территории г. Владикавказа (для средних грунтовых
условий) землетрясения интенсивностью 8-9 баллов.
Впервые для территории СНГ были использован также иной подход, основанный на
более обоснованных физических механизмах формирования очага. Если в традиционных
расчетах
вид
воздействия
специально
задается
величинами
продолжительности,
амплитуды, периода и т.д., то в последнем методе синтезированная акселерограмма
формируется на основе величины максимальной магнитуды, протяженности разлома,
реального эпицентра от опасного очага и, несомненно, физически более обоснована.
Сопоставление
спектра
синтезированной
акселерограммы
и
реальной
акселерограммы генерируемого из одного и того же источника (Владикавказский разлом)
показывает хорошую сходимость результатов.
Таким образом, для исследуемой территории нами получены типовые воздействия
позволяющие оценить спектры реакции застройки при сильных землетрясениях от
различных наиболее опасных разломов, окружающих г. Владикавказ.
3. УСТАНОВЛЕНИЕ ЭТАЛОННЫХ ГРУНТОВ (СРЕДНИХ ГРУНТОВЫХ
УСЛОВИЙ) НА ТЕРРИТОРИИ Г. ВЛАДИКАВКАЗА.
Материалы
проведенного
макросейсмического
обследования,
а
также
сейсмостатические данные [Сейсмическое микрорайонирование ..., 1970] показывают, что
территория г. Владикавказа в сейсмическом отношении является менее активной по
сравнению с другими районами Северного Кавказа (г. Минеральные воды, г. Грозный и
г.Махачкала, где сильные землетрясения происходят более часто.
Как было отмечено выше наибольшей интенсивности в районе г.Владикавказа
проявляются землетрясения связанные с соседними сейсмоактивными зонами Грузии, а
также менее активными местными очагами. Землетрясения 1915 г. и 1929 г., проявились
на территории г. Владикавказа интенсивностью 6-7 баллов, такой же интенсивностью
проявились землетрясении 1872, 1874 г. и 1922 годов связанные местными очагами.
7
Из местных очагов следует отметить очаг у ст. Назрань в 24 км. севернее г.
Владикавказа и Карцинский очаг расположенный южнее г. Владикавказа.
Результаты обследований зданий и древних памятников в г. Владикавказа
показывают, что наибольшей интенсивностью равной 6-7 баллам в городе проявились
землетрясения 1915 и 1929 гг. Интенсивностью 7 баллов эти землетрясения проявились в
зданиях, фундированных на глинистых грунтах туго-пластичной консистенции.
Территория старой части города, на которой проявились землетрясения 1915 и 1929
годов расположена в юго-восточной части современных границ города. Эта часть
площади города сложена глинистыми твердо-пластичными или туго/пластичными
грунтами мощностью 3-20 метров. Исходная балльность территории города равная 8
баллам должна быть отнесена к указанным глинистым грунтам. В связи с этим, зоны 8
бальной сейсмичности, отнесенные к этим грунтам, расположены как на правобережной,
так и, на левобережной частях города. На правобережье эти зоны расположены в юговосточной части города, где мощность глинистых грунтов меняется в пределах 3-20
метров, а на левобережье - юго-западной части, где их мощность варьирует в пределах 315 метров.
Таким образом, участки сложенные глинистыми грунтами п/твердой консистенции
определены, как средние грунтовые условия для территории г. Владикавказа и отнесены к
8 балльным.
Согласно результатам инженерно-геологических исследований в пределах 5-10 м от
поверхности города почти повсеместно находятся галечники с более низкой скоростью,
чем на глубинах 10-20м. Вообще - то хорошо известный факт изменения скоростей с
глубиной не совсем понятен из-за чрезмерности такого увеличения. Весьма вероятно, что
низкоскоростные галечники (в отличие от перекрытых ими сухих галечников с песчаноглинистым заполнителем < 30%) отличаются количеством заполнителя (> 30%).
Отсутствие соответствующих данных не позволило решить указанную проблему на
данном уровне и сейсмичность их должна была быть определена с помощью
геофизических методов. Тем не менее, галечники с песчано-глинистым заполнителем >
30% предварительно отнесены к 8 балльной сейсмичности.
Участки, сложенные сухими валунно-галечниковыми грунтами с песчано-глинистым
заполнителем < 30%, которые для г. Владикавказа являются преобладающими
подстилающими грунтами, и лишь на локальных участках выходят на поверхность
отнесены к 7 балльной сейсмической зоне. Такими грунтами сложены участки как
левобережной, так и правобережной частей города. Согласно инженерно-геологическим и
гидрогеологическим условиям территории г. Владикавказа в верхних слоях галечников,
8
часто встречаются грунтовые воды типа «верховодки». Согласно современным
воззрениям сейсмичность указанных участков зависит от количества заполнителя в
галечниках. При этом сейсмичность повышается только для галечников с заполнителем >
30%. Вопрос этот нуждается в дальнейшем изучении. Наличие подобной «верховодки» в
толще галечниковых грунтов с песчано-глинистым заполнителем < 30%, не меняет
сейсмичность, и указанные участки относятся к 7 балльной зоне.
На территории г. Владикавказа выделены участки сложенные глинистыми грунтами
текучей консистенции или пластичные глинистые грунты с близким стоянием уровня
грунтовых вод, считающиеся наихудшими в сейсмическом отношении. Указанные
участки предварительно были отнесены к 9 балльной сейсмической зоне. На отдельных
пониженных участках города, в юго-восточной его части в глинистых грунтах
встречаются грунтовые воды типа «верховодки», с глубины 1,0-3,0 метра от дневной
поверхности. Грунты указанных участков согласно таблице 1 СНиП П-7-81* [СНиП, 2000]
могут быть отнесены к 9 балльной сейсмической зоне, если только их мощность
превышает 5 м.
Таким
образом,
в
результате
сейсмического
микрорайонирования
методом
инженерно-геологических аналогий (ИГА) на территории г. Владикавказа предварительно
выделены зоны 7, 8 и 9 бальной сейсмичности или интенсивности.
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°.
4. РАСЧЕТ ПРИРАЩЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ (БАЛЛЬНОСТИ)
УЧАСТКОВ С ТИПИЧНЫМИ ГРУНТОВЫМИ УСЛОВИЯМИ
4.1. Инструментальный метод сейсмического микрорайонирования
4.1.1. Определение приращений интенсивности с помощью способа
сейсмических жесткостей
В соответствии с региональными строительными нормами метод сейсмических
жесткостей обязателен для применения как основной на объектах сейсмического
микрорайонирования всех классов [РСН 60-86].
Приращение балльности производится на основании формулы С.В.Медведева
9
где
и
- сейсмические жесткости эталонного и исследуемого грунта
соответственно.
Для грунтовых толщ, включающих в себя несколько слоев, характеризующихся
различными значениями скоростей упругих волн и плотностей вычисляется средняя
скорость и средневзвешенное значение плотности [Рекомендации..., 1985]:
где
- мощность расчетной толщи
v, - пластовая скорость в i-ом слое
/г, - мощность i-ro слоя
Кроме того расчеты выполнялись по модифицированной формуле МаксимоваЗаалишвили, учитывающей резонансные свойства грунтов [Заалишвили, 2000, 2009]:
(4)
Результаты приведены в таблице 1. Приращение интенсивности или балльности
относительно участка со средними грунтовыми условиями составило (после округления):
- для глинистых грунтов текучей консистенции Д1 = + 1 балл;
- для суглинков п/тв консистенции и галечников с заполнителем >30% - Д1 = 0
баллов;
- для галечников с заполнителем <30% - Д1 = -1 балл.
Приращение интенсивности, обусловленное высоким уровнем стояния грунтовых
вод, будет отсутствовать в силу залегания грунтовых вод на большой глубине в
галечниковых грунтах.
10
Таблица 1
Расчет приращений сейсмической интенсивности способом сейсмических жесткостей
№№
п/п
Участок
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Архонские сады
БАМ
Весна*
Водная
Гадиева1
Гадиева2
Газоаппарат
Галковского
Дарьял
Дом печати
Карабулакская
Карцинское шоссе
Комсомольский парк
Контакт
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
Кырджалийская
Леваневского
Металлург
Переезд
Пожарского
Сапитская
Собачья балка
СОГУ*
Ставропольская
Тургеневская
25.
26.
Учитель
Чкалова
Категория
грунтов по
карте инж.геол.
районирования
1а (2а)
2а
6д
1а
36
Зв
1а
1а
1а
1а
1а (2а)
4в
66 (4г)
36 1а Зв
2а
1а
1а
1а
1а
4в
Зв
36 (Зв)
2а (1а)
Зв
1а
∆I
Глубина заложения фундамента
∆I м,
балл
0 м
∆I мз,
балл
-0,7
-0,5
0,5
-0,6
0,6
0,7
-0,5
-0,3
-0,6
-0,3
-0,8
-0,6
0,6
-0,6
0,8
0,9
-0,6
-0,4
-0,7
-0,4
-0.1
-0.1
0,4
0
0
0,2
-0,5
-0,6
-0,4
-0,6
0
0,4
0,6
0,3
∆I м,
балл
1 м
∆I мз,
балл
-0,8
-0,7
0,6
-0,8
0,7
0,8
-0,6
-0,4
-0,7
-0,6
-0,3
0,3
-0,1
2 м
∆I м, ∆I мз,
балл балл
0,4
0,0
0,0
-0,7
-0,6
0,5
-0,7
0,5
0,6
-0,5
-0,3
-0,6
-0,5
-0,3
0,3
-0,1
-0,1
-0,8
-0,7
0,5
-0,8
0,4
0,5
-0,5
-0,4
-0,6
-0,7
-0,4
0,2
-0,2
-0,2
-0,9
-0,8
0,6
-1,0
0,6
0,7
-0,6
-0,4
-0,7
-0,8
-0,5
0,3
-0,2
-0,2
-1
-1
+1
-1
+1
+1
-1
0
-1
-1
0
0
0
0
-0.1
-0.1
0,2
-0,5
-0,8
-0,5
-0,7
0,0
0,5
0,8
0,4
-0,1
0,1
-0,6
-0,7
-0,6
-0,6
0
0,2
0,6
0,1
-0,3
0,1
-0,7
-0,9
-0,7
-0,7
0,0
0,3
0,8
0,2
-0,4
-0.1
-0,1
-0,8
-0,9
-0,9
-0,7
0,0
0,1
0,8
0,0
-0,5
0
-1
-1
-1
-1
0
0
+1
0
0
-0,7
-0,7
-0,8
-0,6
0
0,1
0,6
-0,1
-0,5
0,3
-0,3
0,4
-0,3
0,2
-0,5
0,2
-0,6
0
-0,8
0.1
0
-1
-0,9
4.1.2. Определение приращений интенсивности с помощью способа слабых
землетрясений
Способ регистрации землетрясений является одним из основных в комплексе
сейсмологических методов, применяемых при сейсмическом микрорайонировании и
применяется для количественной оценки относительных изменений сейсмической
интенсивности на участках с различными инженерно-геологическими условиями [РСН 6086; РСН 65-87].
Оценка приращения сейсмической интенсивности производится по формуле [РСН
65-87 рекомендации, 1985;Методическое руководство..., 1988]:
(5)
где А, и Ао - амплитуды колебаний на исследуемом и эталонном грунтах
(измеренным по землетрясениям, зарегистрированным одновременно в соответствующих
пунктах наблюдения), соотвественно.
На основе полученных данных получены приращения сейсмической интенсивности
относительно станции «Геоцентр» GEO городской сети сейсмологических наблюдений
при использовании способа слабых землетрясений (табл. 2). Использовались записи,
полученные с помощью сейсмоприемников СК-Ш и С-5-С, установленных после
модернизации сети. Использование приемников С5С позволило уточнить приращение
сейсмической интенсивности для станции TEA.
Таблица 2
Приращения сейсмической интенсивности по записям землетрясений
Код
станции
∆I
СК-1П
∆I
C-5-C
∆I
MUS
-0,1
-0,1
0
GEO
-
-
-
HOL
0,4
0,6
1
TEA
-0,2
-0,6
-1
BUR
-
-0,2
0
TUR
-
0,3
0
12
4.1.3. Определение приращений интенсивности с помощью способа микросейсм
Способ микросейсм применяется в качестве вспомогательного в комплексе с
другими инструментальными для оценки резонансных характеристик грунтов [РСН 6587]. В то же время в последние годы во всем мире были разработаны специальные
подходы, резко повысившие качество результатов и в случае использования микросейсм.
Были проведены синхронные круглосуточные наблюдения на пунктах сейсмических
наблюдений. Для этого параметры сейсмических станций городской сети были
установлены таким образом, что четыре раза в сутки регистраторы включаются в режим
безусловной записи (продолжительностью 5-10 минут), в остальные промежутки времени
станции работают в триггерном режиме. В результате были выявлены суточные колебания
уровня сейсмических шумов на пунктах сейсмологических наблюдений: наибольшие
амплитуды наблюдаются в полдень, минимальные в период с полуночи до шести часов
утра, особенно четко на вертикальной компоненте отмечается снижение уровня
микросейсм в выходные дни.
Для оценки изменения интенсивности сильного землетрясения по максимальной
амплитуде микроколебаний на том или ином преобладающем периоде используется
формула [РСН 65-87, Рекомендации..., 1985]
(6)
где Amaxj и А max - максимальные амплитуды микроколебаний соответственно на
исследуемом и эталонном грунте.
На основе результатов расчетов по формуле получены следующие приращения
сейсмической интенсивности относительно станции «GEO» при использовании способа
микросейсм (табл. 3).
Таблица 3
Приращения сейсмической интенсивности по записям микросейсм
∆I
Код
∆I
∆I Cстанции
СК-1П
5-C
MUS
-0,95
-0.20
0
GEO
HOL
-
-
-
0.03
0.68
1
TEA
-1,05
-0.60
-1
BUR
-
-0.20
0
TUR
-
0.25
0
13
4.2. Инструментально - расчетный метод сейсмического микрорайонирования
4.2.1. База данных сильных движений для целей сейсмического
микрорайонирования
Использование
сейсмологических
баз
данных
для
целей
сейсмического
микрорайонирования имеет определенные особенности, и, в первую очередь, в базе данных,
кроме характеристик собственно землетрясения, должны быть данные грунтовых условий
расположения сейсмических станций, а также интенсивности проявления рассматриваемого
сейсмического воздействия, т.е. соответствующий сейсмический эффект.
4.2.2. Способ инструментальных аналогий
В регионах с умеренной сейсмической активностью в случае отсутствия записей
сильных движений сейсмическая реакция грунтов расчетная интенсивность определяется с
помощью т.н. косвенных способов. При этом инструментальные исследования, проводимые
в сжатые сроки, когда невозможно организовать долговременные инструментальные
наблюдения,
ограничиваются,
как
правило,
способами
акустических
жесткостей,
регистрации слабых землетрясений, а также способом микросейсм, являющимся только
вспомогательным (Рекомендации по СМР и РСН-87). Такой подход обусловлен
невозможностью применения мощных взрывных источников на урбанизированной
территории. В последние годы разработан целый ряд способов с использованием
современных мощных импульсных и вибрационных источников. К сожалению, они
имеются не во всех регионах и, кроме того, предполагают высокое качество исследований,
что не всегда выполняется, особенно, для отдаленных районов России. В данной работе
предлагается новый способ, основанный на анализе инструментальных записей сильных
землетрясений,
зарегистрированных
в
различных
регионах
мира,
станциями,
расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями. По
экономическим затратам данный способ сопоставим с численным методом СМР.
В последние десятилетия наблюдается стремительный рост информационных
технологий, затрагивающий все сферы человеческой деятельности, включая сейсмологию.
Применение цифровых станций когда-то создало возможность автоматизировать
обработку записей землетрясений и создание мощных баз данных. В настоящее время
объемы хранения информации и скорости вычислений растут в геометрической
прогрессии. Одновременно во многих регионах мира увеличивается
число станций
регистрации сильных движений. Причем, для решения задач инженерной сейсмологии,
14
места расположения станций выбираются таким образом, чтобы охватить все возможные
грунтовые условия территории. Данные об инженерно-геологических условиях являются
неотъемлемой составной частью современных сейсмологических баз данных. Подобная
база данных создана и в Центре геофизических исследований ВНЦ РАН и РСО-А и
включает в себя данные сетей К-пе1(Япония) и ряда других сетей со всего мира.
Предлагаемый способ состоит в выборе из базы данных грунтовых условий
наиболее
соответствующих
грунтовым
условиям
исследуемого
участка.
Далее
производится выбор записей землетрясений, по определенным параметрам. Такими
параметрами являются магнитуда землетрясения, эпицентральное расстояние и глубина
очага которые определяются по карте активных разломов данного региона. Поскольку
число записей землетрясений в точности соответствующих условиям будет невелико,
производится
поиск
землетрясений,
удовлетворяющих
определенным
интервалам
значений указанных параметров. По этой причине производится пересчет максимальных
амплитуд колебаний на заданное эпицентральное расстояние. Может быть принят
следующий закон затухания:
(7)
где А - амплитуда колебаний; а коэффициент затухания; х расстояние.
Тогда пересчет амплитуды колебаний Ai на заданное эпицентральное расстояние
А2
(8)
В первом приближении коэффициент поглощения а, можно считать постоянным, в
общем случае он является функцией частоты колебаний.
Таблица 4
код
станции
KGS001
KGS002
KGS003
KGS004
KGS005
Эквивалент
М
Музей
(MUS)
Весна
(HOL)
∆, км
Аmах, галл
6,3
h,
км
8
30
6,3
6,3
6,3
8
8
8
6,3
8
129
Аmах(А=10км),
галл
191
∆I от-но
KGS001
0
11
19
19
547
306
293
558
365
350
1,54
0,93
0,87
12
493
513
1,42
Анализ данных табл. 4 показывает, что приращение интенсивности или балльности
грунтов участка «Весна», сложенного глинистыми грунтами текучей консистенции,
согласно результатам расчета, полученных с помощью способа инструментальных
аналогий, составляет +1 балл.
4.3. Расчетный метод сейсмического микрорайонирования 4.3.1.
Определение приращений интенсивности с помощью способа MOB
Способ многократно отраженных волн - это численный метод волновой механики
[Напетваридзе, 1973]. Предполагается, что для любого слоя грунта справедливо волновое
уравнение одномерной задачи динамической теории упругости.
В качестве объекта исследований рассматривались три вида грунтов: галечники с
песчано-глинистым заполнителем > 30% (№ 1) глинистые грунты текучей консистенции
(№2), глинистые грунты т/пластичные (№ 3). Выбор указанных грунтов в качестве
моделей был неслучаен. Именно на подобных грунтах расположены сейсмические
станции Центра. Далее при исследовании мощной толщи дополнительно используется
модель галечников с песчано-глинистым заполнителем < 30%. В качестве входных
акселерограмм использовались две 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 сильных
землетрясений. Параметры записей сильных землетрясений представлены в табл. 5. и
результаты расчетов в табл. 6.
Таким образом, были рассмотрены различные воздействия, представляющие
опасность для исследуемой территории и рассчитаны максимальные горизонтальные
ускорения на поверхности грунтовой толщи (табл. 6), на основе которых определены
приращения сейсмической интенсивности (табл. 7).
Таблица 5
№
Название землетрясения
п/п
1. Синтетическая акселерограмма для
Владикавказского разлома (FINSIM)
2. Они, Грузия 15.06.1991
3. Kocaeli, Турция 17.08.1999
4. Cape Mendocino 25.04.1992
5. Синтетическая акселерограмма для
Сунженской
южной
зоны
ВОЗ(западная ветвь)
Эпицентральное
расстояние, км
10
Магнитуда
7,1
Глубина,
Н, км
15
50,94
373,22
22,64
37,6
6,20
7,51
7,01
6,5
6
15
9,6
15
16
Таблица 6
Расчетные ускорения на поверхности грунтовой толщи
№№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
Участок
Архонские сады
БАМ
Весна
Водная
Гадиева1
Гадиева2
Газоаппарат
Галковского
Дарьял
Дом печати
Карабулакская
Карцинское шоссе
Комсомольский парк
Контакт
Кырджалийская
Леваневского
Металлург
Переезд
Пожарского
Собачья балка
Ставропольская
Тургеневская
Учитель
Чкалова
FINSIM 1
234,500
230,650
389,550
216,170
917,430
863,660
299,150
352,330
252,800
292,990
400,410
555,390
563,020
444,250
513,510
260,310
217,240
275,790
233,449
592,770
509,280
404,830
493,700
301,350
Расчетные ускорения на L поверхности грунтовой толщи, см/с
FINSIM 2
FINSIM 3
ONI
TURK
САРЕ
273,400
294,770
83,470
6,705513
585,340
272,330
283,060
79,839
6,690643
585,820
689,640
655,870
168,770
7,746241
1422,400
263,900
268,780
79,189
6,691569
568,470
1081,700
1310,400
227,700
8,237062
1676,500
1059,400
1231,600
247,830
8,209931
1964,000
342,940
364,280
94,266
6,734594
627,600
391,600
422,480
103,480
6,754797
648,300
285,030
309,270
84,411
6,707966
599,420
327,940
342,690
89,030
6,723316
633,550
501,900
441,430
103,340
6,750096
708,370
999,590
695,030
283,940
7,176986
1116,500
740,270
654,000
122,140
6,776604
752,190
577,780
542,780
136,950
6,878566
722,780
573,890
631,140
140,180
6,836667
818,030
293,390
318,560
87,529
6,717292
603,210
264,170
273,570
79,212
6,689581
572,190
310,730
322,630
87,280
6,714908
626,920
276,515
292,387
82,777
6,820
592,583
915,730
731,050
237,940
7,022953
890,000
873,410
684,030
216,820
6,8963
975,590
504,430
451,750
102,560
6,752498
734,290
786,790
648,450
201,080
6,888412
912,510
346,850
367,870
86,280
6,724886
659,540
SUNJ
161,690
186,570
393,320
166,160
575,490
514,760
200,550
221,580
183,490
238,010
345,480
342,580
352,500
283,620
420,180
182,960
158,660
250,230
166,093
503,540
545,390
411,670
405,010
281,560
17
Таблица 7
Приращения сейсмической интенсивности по способу MOB
Участок
№
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
Архонские сады
БАМ
Весна
Водная
Гадиева1
Гадиева2
Газоаппарат
Галковского
Дарьял
Дом печати
Карабулакская
Карцинское шоссе
Комсомольский парк
Контакт
Кырджалийская
Леваневского
Металлург
Переезд
Пожарского
Собачья балка
Ставропольская
Тургеневская
Учитель
Чкалова
Категория
грунтов по карте
инж.-геол.
районирования
1а (2а)
2а
6д
1а
36
Зв
1а
1а
1а
1а
2а (1а)
4в
66 (4г)
36- 1а-Зв
2а
1а
1а
1а
1а
4в
36 (Зв)
1а(2а)
Зв
1а
∆I
-1
-1
+1
-1
+1
+1
-1
0
-1
-1
0
+1
0
0
0
-1
-1
-1
-1
+1
+1
0
0
-1
4.3.2. Определение приращений интенсивности с помощью способа NERA
Для прогноза поведения грунтов при интенсивных сейсмических нагрузках
использовалась программа NERA, позволяющая учитывать нелинейные свойства грунтов.
Расчеты проводились для выделенных участков (табл. 8). Внешнее сейсмическое
воздействие задавалось в форме синтетических и реальных акселерограмм сильных
землетрясений.
Хорошо видно, что, несмотря на уменьшение «нелинейного» приращения, тем не
менее, величина приращения для участков «Весна», «Гадиева 1» и «Гадиева 2» остается в
пределах одного балла. В то же время для ряда участков с преобладанием в разрезе
плотных галечниковых грунтов получены завышенные значения приращения
интенсивности, что связано с усилением высокочастотной составляющей, характерной
для близких землетрясений.
18
Участок
Архонские сады
БАМ
Весна
Водная
Гадиева1
Гадиева2
Газоопарат*
Галковского
Дарьял*
Дом печати
Карабулакская
Карцинское шоссе
Комсомольский парк
Контакт
Кырджалийская
Леваневского
Металлург
Переезд
Пожарского*
Собачья балка
Ставропольская
Тургеневская
Учитель
Чкалова
Берес
линейный
расчет
0,609
0,435
0,238
0,244
0,458
0,443
1,552
0,56
1,876
0,152
0,204
0,306
0,306
0,214
0,283
0,159
0,134
0,144
2,489
0,302
0,267
0,224
0,264
1,172
нев 1
нелиней
-ный
расчет
0,437
0,622
0,191
0,262
0,459
0,311
1,552
0,539
1,876
0,15
0,208
0,292
0,311
0,232
0,273
0,18
0,161
0,144
2,489
0,311
0,282
0,248
0,301
1,172
Амплитуда, g
Они
линейнелиней
ный
-ный
расчет
расчет
0,134
0,12
0,107
0,102
0,236
0,199
0,105
0,107
0,3
0,341
0,328
0,288
0,122
0,122
0,136
0,143
0,138
0,138
0,118
0,118
0,134
0,137
0,379
0,375
0,162
0,164
0,18
0,184
0,181
0,192
0,118
0,113
0,11
0,106
0,116
0,116
0,117
0,117
0,307
0,391
0,289
0,319
0,139
0,145
0,271
0,363
0,134
0,134
∆1
Лома Приета
линейнелиней
ный
-ный
расчет
расчет
0,146
0,202
0,207
0,126
0,217
0,234
0,11
0,104
0,252
0,27
0,26
0,273
0,335
0,335
0,108
0,124
0,364
0,364
0,105
0,106
0,112
0,122
0,159
0,17
0,136
0,136
0,137
0,125
0,131
0,147
0,103
0,103
0,098
0,094
0,105
0,116
0,45
0,45
0,154
0,163
0,149
0,148
0,12
0,119
0,152
0,153
0,382
0,382
Береснев
линейный
расчет
1,10
0,62
-0,25
-0,21
0,69
0,64
2,44
0,98
2,71
-0,89
-0,47
0,11
0,11
-0,40
0,00
-0,83
-1,07
-0,97
3,12
0,09
-0,08
-0,34
-0,10
2,04
нелиней
-ный
расчет
0,67
1,18
-0,51
-0,06
0,74
0,19
2,49
0,97
2,76
-0,86
-0,39
0,10
0,19
-0,23
0,00
-0,60
-0,76
-0,92
3,17
0,19
0,05
-0,14
0,14
2,09
Они
линейный
расчет
-0,43
-0,75
0,38
-0,78
0,72
0,85
-0,57
-0,41
-0,39
-0,61
-0,43
1,06
-0,16
-0,01
0,00
-0,61
-0,71
-0,64
-0,63
0,76
0,67
-0,38
0,58
-0,43
нелинейный
расчет
-0,67
-0,91
0,05
-0,84
0,82
0,58
-0,65
-0,42
-0,47
-0,70
-0,48
0,96
-0,23
-0,06
0,00
-0,76
-0,85
-0,72
-0,71
1,02
0,73
-0,40
0,91
-0,52
Лома Приета
линейнелиный
нейный
расчет
расчет
0,16
0,46
0,66
-0,22
0,72
0,67
-0,25
-0,50
0,94
0,87
0,98
0,89
1,35
1,18
-0,28
-0,24
1,46
1,30
-0,32
-0,47
-0,22
-0,27
0,28
0,21
0,05
-0,11
0,06
-0,23
0,00
0,00
-0,34
-0,51
-0,42
-0,64
-0,32
-0,34
1,77
1,60
0,23
0,15
0,18
0,01
-0,13
-0,30
0,21
0,06
1,53
1,37
4.3.3. Особенности спектрального состава колебаний
По совокупности способов слабых землетрясений и микросейсм выделены
следующие резонансные частоты для участков расположения пунктов сейсмологических
наблюдений «микрорайон Весна» 3,7 Гц, причем величина усиления на данной частоте
является значительной. На записях станции «Геоцентр»: наблюдается увеличение
амплитуд колебаний на частоте 5 Гц и т.д.
По результатам моделирования и последующего расчета с помощью сильных
землетрясений были построены кривые усиления колебаний рассматриваемой верхней
толщей разреза по отношению к подстилающей толще плотных галечников (табл. 9).
Также были выполнены работы по регистрации микросейсмических колебаний
мобильными станциями, что позволило впервые построить карту преобладающих
периодов. Для выделения преобладающих периодов использовался метод спектральных
H/V отношений, результаты для отдельных участков также приведены в табл. 9.
Несмотря на наблюдаемые для некоторых участков различия в теоретических и
инструментальных данных, можно выделить некоторые общие закономерности.
Для участков сложенных толщей глинистых грунтов текучей консистенции
наблюдается максимальное усиление амплитуд колебаний и пониженность резонансных
частот в диапазоне 1,7-6 Гц. На участке, сложенном глинистыми грунтами полутвердой
консистенции усиление колебаний, в целом, 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 на частоте 10-12 Гц; для
галечников с заполнителем < 30% спектральный пик соответствует 19 Гц (участок
«Металлург») и выше.
20
Таблица 9
Резонансные частоты по расчетным акселерограммам
(кривым усиления) и спектральным H/V отношениям
№№
п/п
1.
Участок
Архонские сады
fрасч.
Гц
12,6
fинстр
Гц
20
2.
БАМ
22,3
16,4
3.
Весна
3,3
3,4
4.
Водная
31,8
20,2
5.
Гадиева1
3,8
7
6.
Гадиева2
3,6
6,9
7.
Газоаппарат
10,8
15,1
8.
Галковского
9,5
-
9.
Дарьял
14,4
14,3
10.
Дом печати
27,8
21
11.
Карабулакская
19
23,2
12.
Карцинское шоссе
5,4
4
13.
Комсомольский парк
10,2
-
14.
Контакт
8,1
6,4
15.
Кырджалийская
7,8
23
16.
Леваневского
12,3
16,5
17.
Металлург
18,7
25
18.
Переезд
25
24
19.
Пожарского
14,5
17
20.
Сапитская
-
2,5
21.
Собачья балка
6,4
4,9
22.
СОГУ
-
5,4
23.
Ставропольская
7,0
6,9
24.
Тургеневская
20,7
26
25.
Учитель
6,6
8,7
26.
Чкалова
22,3
25,8
21
4.3.4. Опасные частоты колебаний, обусловленные наличием мощной толщи
На основе аналитического решения задачи о распространении поперечных
сейсмических волн в упругом полупространстве, находящемся на жесткой границе, или
уже отмеченного способа MOB были получены теоретические функции усиления для
мощности толщи Н=200 м, максимумы которых соответствуют частоте 1,2 Гц.
Расчеты также были выполнены с помощью программы NERA для линейного
материала. Очевидно, что данная программа дает завышенные амплитуды колебаний на
поверхности, поскольку разрабатывалась для решения задач учета нелинейных свойств
грунтов, ограничивающихся расчетами для верхних частей разреза. В то же время спектры
рассчитанные для мощных толщ с помощью способа MOB и NERA в целом схожи.
Хорошо видно появление значимых амплитуд в длиннопериодной области спектра.
4.3.5. Особенности влияния рельефа на сейсмический эффект
На территории г.Владикавказа также можно выделить участки, на которых следует
ожидать проявление влияния рельефа на сейсмический эффект землетрясений. В
настоящее время согласно действующим строительным нормам [СНиП И-7-81*] склоны
крутизной более 15° считаются неблагоприятными для строительства. В соответствии с
рекомендациями по сейсмическому микрорайонированию [1985] на карте обозначены
склоны крутизной более 15°.
Для детальных исследований был выбран склон на правобережной части
территории города Владикавказа (крутизна склона 15-35°). На одном из участков была
выполнена регистрация микросейсмических колебаний и математическое моделирование
методом конечных элементов (МКЭ). Установлено, что влияние склона может можно
учитывать увеличением интенсивности на один балл, усиление амплитуд колебаний
наблюдается в плоскости, перпендикулярной линии простирания.
Аналогичные
результаты
получены
с
помощью
эмпирической
формулы
[Заалишвили и др, 2010]:
∆I = -0,71 + 0,53 lg(aH) + К,
(9)
где a - угол наклона; Н относительная высота;
К = 0,3 (для крупнообломочных грунтов, с содержанием песчано-глинистого заполнителя
> 30% и сильновыветрелых скальных, глинистых грунтов с показателем консистенции IL
^ 0,5 при коэффициенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 - для супесей),
что позволило в ГИС-проекте выделить участки с различным проявлением влияния
рельефа на сейсмический эффект.
22
4.4. Определение приращений интенсивности по комплексу методов и способов
сейсмического микрорайонирования
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 исходная сейсмичность или интенсивность равная 8
баллам, 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
5. Выделение зон с различной сейсмичностью на территории г. Владикавказа
На территории г. Владикавказа подлежащего сейсмическому микрорайонированию
валунно-галечниковые отложения, залегающие под суглинистым покровом мощностью до
5 м, в основном, флювиогляциольного генезиса. Это подтверждается наличием на
поверхности многочисленных крупных (до 5-7 м в диаметре) валунов изверженных пород,
а также по горным выработкам (скважины, шурфы, траншеи). В связи с этим заполнитель
в валунно-галечниковых образованиях, в основном, представлен глинистым материалом
(глины песчанистые, суглинки), а их содержание в породе превышает 30-35%.
Содержание заполнителя в валунно-галечных отложениях более 30-35% отмечаются по
скважинам №№ 13, 425, 237, 248, 249, 250, 304, 315, 427, 428, 438, 485, 487и 488; менее
30% - №№ 128, 150, 198, 199, 141, 145, 146, 144, 222, 140, 161, 219, 508, 490, 484, 478, 441,
445, 440, 403,409,412, 419, 353, 351,354, 381 и 328.
На отдельных локальных участках, ближе к пойме реки Терек, и в ее пойменной
части материал заполнителя представлен песчаными образованиями.
Исходя из вышеизложенного, валунно-галечниковые грунты, распространенные в
западной части территории СМР, по сейсмическим свойствам согласно СНиП П-7-81*,
отнесены ко II категории. Позже отнесение указанных грунтов ко II категории было
подтверждено инструментально.
Установлено, что галечники с глубин от 5 до 10 метров представляют собой
галечники с песчано-глинистым заполнителем > 30%, который на глубине > 10 метров,
как правило, сменяется галечниками с песчано-глинистым заполнителем < 30%. На
отдельных участках имеются выходы указанных грунтов (галечники с песчано-глинистым
заполнителем < 30%) непосредственно на дневную поверхность.
Учитывая, что величина приращений интенсивности относительно эталонных,
необводненных глинистых грунтов т/пластичной консистенции к которым отнесена
23
исходная сейсмичность или интенсивность равная 8 баллам составляет:
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, получим, что сейсмичность галечников
с песчано-глинистым заполнителем > 30%, имеющих приращения равные 0 баллов,
составит 8 баллов; сейсмичность галечников с песчано-глинистым заполнителем < 30%,
характеризуемых приращением в -1 балл, составит 7 баллов. И, наконец, сейсмичность
глинистых грунтов (мягкопластичные, текучей консистенции и т.д.), характеризуемых
приращением в +1 балл, составит 9 баллов.
Территория старой части города, на которой проявились землетрясения 1915 и 1929
годов расположена в юго-восточной части современных границ города. Эта часть
площади города сложена глинистыми твердо-пластичными или туго/пластичными
грунтами мощностью 3-20 метров. Исходная сейсмичность или балльность территории
города равная 8 баллам должна быть отнесена к указанным глинистым грунтам. В связи с
этим, зоны 8 бальной сейсмичности, отнесенные к этим грунтам, расположены как на
правобережной, так и, на левобережной частях города. На правобережье эти зоны
расположены в юго-восточной части города, где мощность глинистых грунтов меняется в
пределах 3-20 метров, а на левобережье - юго-западной части, где их мощность варьирует
в пределах 3-15 метров. Таким образом, участки сложенные глинистыми грунтами
п/твердой консистенции определены, как средние грунтовые условия для территории г.
Владикавказа и отнесены к 8 балльным.
Участки, сложенные сухими галечниковыми и галечниковыми грунтами с песчаноглинистым заполнителем < 30%, которые для г. Владикавказа являются преобладающими
подстилающими грунтами (достигают 200-500м мощности и лишь на локальных участках
выходят на поверхность), отнесены к 7 балльной сейсмической зоне. Такими грунтами
сложены участки как левобережной, так и правобережной частей города, как правило, с
глубины превышающей 5-10 м.
Согласно инженерно-геологическим и гидрогеологическим условиям территории г.
Владикавказа в верхних слоях галечников, часто встречаются грунтовые воды типа
«верховодки». Согласно современным воззрениям сейсмичность указанных участков
зависит от количества заполнителя в галечниках. Наличие подобной «верховодки» в
толще галечниковых грунтов с песчано-глинистым заполнителем <30%, не меняет
сейсмичность, и указанные участки относятся к 7 балльной зоне.
24
Хотя сейсмичность может несколько повышаться для галечников с заполнителем >
30%, по результатам наблюдений сейсмичность не меняется даже для наиболее высокого
возможного уровня стояния грунтовых вод.
На территории г. Владикавказа на отдельных пониженных участках города, в юговосточной его части в глинистых грунтах встречаются грунтовые воды типа
«верховодки», с глубины 1,0-3,0 метра от дневной поверхности. Грунты указанных
участков могут быть отнесены к 9 балльной сейсмической зоне, если только их мощность
превышает 5 м.
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 обширная зона с 8 балльной интенсивностью
и более меньшая зона с 9 балльной интенсивностью.
Таким образом, на карте сейсмического микрорайонирования выделены зоны с 7, 8
и 9 балльными интенсивностями (сейсмичностью). К 7 балльной зоне 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.) и участки с наклоном превышающим 15°.
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 данным фондовых
материалов были выделены в пойменной северной части города, но также могут
присутствовать на отдельных участках 8-балльной зоны.
В процессе работы было выявлено отсутствие детальности в основе 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,
была проведена большая работа по уточнению свойств грунтов современными
геофизическими методами и оборудованием.
В связи с тем, что при проектировании и строительстве современных зданий и
сооружений обязательным условием является проведение детальных инженерногеологических изысканий на конкретной площадке строительства, результаты настоящего
исследования вполне достаточны для сейсмостойкого строительства.
25
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
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
26
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 песчаноглинистым 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).
27
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.
28
Литература
1. Инженерные изыскания для строительства. Сейсмическое микрорайонирование.
Технические требования к производству работ. РСН 60-86, Госстрой РСФСР.
2. Инженерные изыскания для строительства. Сейсмическое микрорайонирование.
Технические требования к производству работ. РСН 65-87, Госстрой РСФСР.
3. Напетваридзе Ш.Г., Одишария А.В. Исходные данные для применения расчетных
способов
в
сейсмическом
микрорайонировании//
Сейсмическое
микрорайонирование. -М: Наука, 1976. с. 151-157.
4. Рекомендации
по
сейсмическому
микрорайонированию
при
инженерных
изысканиях для строительства, Центральный трест инженерно - строительных
изысканий. - М, 1985. 70 с.
5. Сейсмическое микрорайонирование территории г. Орджоникидзе. Машинопись.
Труды Института строительной механики и сейсмостойкости АН ГССР. 1970. 182с.
6. Строительные нормы и правила «Строительство в сейсмических районах» СНиП
П-7-81* / Госстрой России. - М.: ГУПЦПП, 2000. 44 с.
7. Заалишвили В.Б. Физические основы сейсмического микрорайонирования. ОИФЗ
РАН. - М., 2000. 367с.
8. Заалишвили
В.Б.
Сейсмическое
микрорайонирование
территорий
городов,
населенных пунктов и больших строительных площадок. Наука. - М, 2000. 350с.
9. Заалишвили
В.Б.,
Габеева
И.Л.,
Мельков
Д.А.
Способ
сейсмического
микрорайонирования. Патент РФ №2399934 от 20 сентября 2010г.
29