» » Некоторые замечания о характере движения грунтов при землетрясении

Некоторые замечания о характере движения грунтов при землетрясении

16.08.2016

Результаты по определению преобладающих периодов ранее рассмотренных примеров и сравнительный анализ с их значениями, установленными на этих же площадках при записях микроколебаний или регистрациях реальных землетрясений, позволяют отметить два важных обстоятельства. Во-первых, расчетные значения периодов по формулам (2.22)-(2.32) и (2.43)-(2.47) с достаточной степенью точности совпадают с результатами гармонических анализов микроколебаний и, с другой стороны, значения расчетных периодов довольно близки к значениям зарегистрированных (по акселерограммам) во время реальных землетрясений на тех же площадках.
Как было отмечено выше, еще в 60-х годах прошлого столетия К. Канаи установил, что при землетрясениях с магнитудой М>6 реальные значения преобладающих периодов колебания грунта приближаются к их значениям (наибольшему или обертону), установленным экспериментально путем гармонического анализа микроколебаний грунта данной местности. Результаты исследований, приведенные в ряде работ, показали что значения преобладающих периодов по пиковым значениям ускорений на спектре реакции и по спектру Фурье по акселерограмме одного и того же землетрясения отличаются очень незначительно. При этом максимальное (наибольшее из пиковых) значение ускорения на спектре реакции может иметь место как для низких, так и для высших гармониках колебания грунта.
По нашему мнению, вышеизложенное свидетельствует о том, что во время сильного землетрясения в деле формирования периодов акселерограмм на поверхности Земли (на строительной площадке) главную роль играют периоды свободных колебаний приповерхностной неоднородной толщи. Это означает, что на данной строительной площадке акселерограммы, зарегистрированные от разных землетрясений, должны иметь примерно одинаковые преобладающие периоды. Обратите внимание речь идет только о периодах. Амплитуды ускорений, в зависимости от магнитуды землетрясения и эпицентрального расстояния, будут различными. Это явление косвенным образом неоднократно наблюдалось при реальных землетрясениях: на спектрах реакций построенные по акселерограммам, зарегистрированные на скальных грунтах, пиковые значения ускорений соответствовали коротким периодам с узким диапазоном, а на рыхлых грунтах, наоборот — длинным периодам с широким диапазоном изменений (см. рис.2.9). Это упрощенное предположение о генерации частотного состава акселерограмм сильных землетрясений значительно облегчит также принципы с формулирования синтетических акселерограмм для данной строительной площадки. В этом случае в качестве преобладающих периодов акселерограммы можно принимать расчетные периоды свободных колебаний приповерхностной толщи, а ожидаемое максимальное значение ускорения грунта вычислять по эмпирическим формулам в зависимости от магнитуды возможных очагов M, их глубины h и эпицентрального расстояния Δ.
Предположение о решающей роли периодов свободных колебаний (преобладающих периодов) приповерхностной толщи в формировании колебательного процесса на поверхности Земли во время сильного землетрясения, нам кажется, откликается с механикой возникновения землетрясения как результат внезапного разрыва сплошной среды и распространения энергии этого разрыва посредством упругих сейсмических волн. Сейсмические волны в верхних, менее стесненных с точки зрения деформирования слоях Земли, нарушают их статическое равновесие, вследствие чего в них возникают сдвиговые колебательные процессы (аналогичные свободным сдвиговым колебаниям сплошной упругой среды конечных размеров с заданными физико-механическими параметрами) с преобладающими периодами, равными периодам свободных колебаний среды. В результате суперпозиции этих затухающих гармонических колебаний формируется акселерограмма землетрясения данного участка поверхности Земли. Амплитуды этой акселерограммы будут обусловлены как размерами разрыва в очаге (магнитудой землетрясения), так и эпицентральным расстоянием места регистрации. Длительность сотрясения (акселероргаммы) будет обусловлена как величиной начальной амплитуды, так и динамическими характеристиками (периодами свободных колебаний) поверхностной толщи: чем больше уровень начального возмущения (магнитуды) и больше значение преобладающих периодов и меньше коэффициент затухания пород, тем длительнее землетрясение (сотрясение) в данной местности. На продолжительность сотрясений будет влиять также эпицентральное расстояние и характер неоднородностей, подстилающих слоев места регистрации. На сильно неоднородных участках суммарный характер колебаний на поверхности Земли существенно будет зависеть от характера многократно отраженных и преломленных от нижних слоев и вновь выходящих в верхний слой сейсмических волн. Эти отраженные и преломленные волны, суммируясь с начальной падающей волной на верхнем слое, непрерывно будут порождать новые дополнительные перемещения и ускорения. Поэтому продолжительность сотрясения на таких участках искусственно продлится в несколько раз по сравнению с продолжительностью на однородных участках.