Глава 2. Сейсмическое микрорайонирование.

2.1.Динамические свойства грунтов.

При использовании грунтов в качестве оснований или среды для возведения зданий и сооружений в сейсмических районах главное значение имеют как механические свойства, характеризующие

способность данного грунта воспринимать и передавать внешние воздействия, так и сейсмические волны, возбуждаемые землетрясением.

В случае совпадения собственных периодов колебаний грунта и здания при землетрясении часто наблюдается увеличение сейсмических нагрузок за счет резонансных явлений. Изменение интенсивности на поверхности земли за счет резонансных явлений в основном наблюдается тогда, когда на участке имеется однородная по сейсмической жесткости толща рыхлых отложений, подстилаемая коренными скальными или полускальными породами, имеющими значительно большую по сравнению с рыхлыми отложениями сейсмическую жесткость. Кроме резонансных явлений, большое влияние на интенсивность сейсмических воздействий оказывает влажность грунтов, определяемая глубиной подземных вод от поверхности земли.

Одним из важнейших свойств грунтов, определяющих величину сейсмических сил, действующих на здание, является динамический эффект действия перемещения основания на здание. Коэффициент динамичности β по видам трех категорий.

При землетрясении происходит перемещение верхних слоев грунта вместе со зданием. Произведение веса здания на ускорение дает значение силы, которая действует на здание во время землетрясения.

Интенсивность землетрясений и параметры колебаний грунта (табл. 1 Приложения 1):

Интенсивность Интервалы максимальных. Интервалы максимальных Интервалы максимальных

баллы ускорений грунта,см/с, при скоростей колебаний грунта, смещений центра тяжести

периоде 0,1с и более см/с маятникаСБМ, мм

6 30…60 3,01…6,0 1,5…3,0

7 61…120 6,1…12,0 3,1…6,0

8 121…240 12,1…24,0 6,1…12,0

9 241…480 24,1…48,0 12,1…24,0

Землетрясение сопровождается колебаниями грунтов, которые приводят к некоторому изменению его физических характеристик, в частности , уменьшается значение угла внутреннего трения φ при сейсмичности:

7 Баллов - на 20, 8 баллов - на 40, 9 баллов - на 70.

2.2.Влияние грунтовых условий на интенсивность сейсмических воздействий.

Геологические особенности поверхностного слоя грунтов существенно влияют на характер повреждения отдельных конструкций и общую сохранность зданий. С учетом результатов обследований деформаций зданий после землетрясений, а также опытных и теоретических работ, все грунты подразделяются на три категории:

Сейсмичность площадок строительства табл.2-1

Категория грунта по сейсмическим свойствам 6 баллов 7 баллов 8 баллов 9 баллов

I 5 6 7 8

II 6 7 8 9

III 7 8 9 > 9

Скальные грунты обладают трещеноватостью, определяет упругие свойства и зависит от трещинной пустотности и характера цементирующегося заполнителя, который разрушается при сейсмической интенсивности 6…8 баллов. Трещины разделяют скальный массив на блоки и изменяет свойства грунтов. Скальные грунты невыветрелые и слабовыветрелые - I категория; выветрелые и сильновыветрелые с уровнем подземных вод менее 3м - IIкатегория.

Крупнообломочные грунты имеют песчано-глинистые заполнители, которые и определяют сейсмические свойства грунтов, особенно в случае их обводненности. Относительно «сухие» грунты из магматических пород (0,0>Sr≥0.5) при уровне подземных вод глубже 5м приближаются к скальным грунтам, т.е. маловлажные с количеством песчано-глинистого заполнителя до 30%--- 1 категория грунтов. А обводненные влажные и насыщенные водой с глубиной подземных вод менее 4м и с количеством песчано-глинистого заполнителя более 30% ----11 категория.

Пески необводненные, кроме рыхлых, не изменяют своих прочностных и динамических свойств, сухие приняты как средние грунтовые условия и относят ко II категории грунта. Песок уплотняется из-за высокой пористости.

Рыхлые и водонасыщенные с уровнем подземных вод менее 4м повышают сейсмичность на 1 балл. Разжижение песков зависит от магнитуды землетрясения в районе.

Магнитуда,М 6,5 6,6 6,7 6,8 6,9 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6

Максимальное эпицентральное 25,4 30 36 48 52 62 74 88 105 125 150 178

расстояние, в км

В зависимости от пористости, степени влажности и интенсивности сейсмического воздействия разжижение может быть при частичном взвешивании частиц и частичной потере несущей способности. Избыточное количество поровой воды устремляется вверх, возникают фильтрационные потоки, создающие противодавление, взвешивающее частицы песка. При достижении полного взвешенного состояния происходит разжижение песка, и его сопротивление падает до нуля. – III категория грунта.

Категория песчаных грунтов по сейсмическим свойствам (табл.2-3)

Грунты Категория грунтов при плотности сложения песков

и коэффициенте пористости е

Плотных средней плотности рыхлых

Гравелистые, крупные и средней крупности е<0.55 0,55≤е≤0,70 е>0.70

маловлажные II II III

влажные

водонасыщенные III III

Мелкие е<0.60 0.60≤е≤0,75 е>0.75

маловлажные II II III

влажные III III

водонасыщенные

Пылеватые е<0.60 0,60≤е≤0,80 е>0.80

маловлажные II II III

влажные III III

водонасыщенные

Категория пылевато-глинистых грунтов по сейсмическим свойствам (табл. 2-4)

Грунты Показатель кон- Категория грунта по сейсмическим свойствам

систенции, J_L при коэффициенте пористости, е независимо от коэф.пористости, е

<0.7 ≥0,7 <0.9 ≥0.9

Супеси

Твердые ≤0,5 II III - - --

пластичные

пластичные >0.5 - - - - III

текучие

Суглинки и глины ≤0.5 - - II III --

твердые

полутвердые

тугопластичные

мягкопластичные >0.5 - - - - III

текучепластичные

текучие

Пылевато-глинистые грунты меняют свои физико-механические и динамические свойства в зависимости от сцепления между собой отдельных частиц, связанных с цементацией твердых частиц солями. По мере уменьшения влажности это сцепление увеличивается, а с увеличением степени влажности частичное растворение солей и сцепление уменьшается. К грунтам II категории относят твердые и пластичные супеси, а также твердые, полутвердые и тугопластичные суглинки и глины; глины, не служащие водоупором верхнего водоносного горизонта; Покровные глинистые образования мощностью более 10м при залегании кровли водоносных отложений на глубине более 8м

(табл.2-4).

Верховодка не учитывается при определении интегсивности,т.к. ее режим непостоянен. Необходимо обращать внимание на мощность водоносного слоя, которая при 10м и более увеличивает интенсивность на1 балл, а при мощности слоя 4…5м интенсивность воздействия минимальна.

Лессовые просадочные и лессовидные грунты неблагоприятные. У них свойство- просадка, т.е. дополнительное уплотнение лессовых замоченных грунтов под воздействием сейсмических колебаний .Предварительное замачивание по подготовке строительной площадки позволяет ликвидировать просадочность грунтов. Особая опасность представляет одновременный процесс замачивания и сейсмического воздействия, при котором происходит наибольшая деформация грунта. Зависит от влажности грунтов, мощности слоя и расположения подземных вод. Сухие лессовые грунты при влажности W≤10% и уровне подземных вод на глубине более 8м относятся ко II категории по сейсмическим свойствам.

Определение сейсмичности площадки строительства необходимо производить на основании сейсмического микрорайонирования или при производстве инженерно-геологических изысканий площадки строительства.

2.3 Сейсмическое микрорайонирование.

-количественная оценка изменения (увеличения или уменьшения) сейсмической балльности по сравнению с ее исходной или уточненной величиной на основе комплексного изучения сейсмических свойств грунтов, инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей площадок строительства. Оценка изменений сейсмической балльности производится с учетом спектрального состава ожидаемых колебаний при землетрясений.

В качестве эталонных (фоновых) при сейсмическом микрорайонировании принимаются грунты со средними сейсмическими свойствами, относящиеся ко II категории.

В состав входят виды работ: ( сбор, анализ и обобщение материалов прошлых исследований);

(инженерно-геологические, инструментальные , геофизические исследования)

( комплексная интерплитация данных, составление карт).

Методы: Основной- регистрация и изучение землетрясений и взрывов.

Вспомогательный – изучение жесткостей, расчетные методы и анализ поля микросейсм.

Инженерно-геологические исследования.

Инструментальные исследования.

Метод сейсмических жесткостей.

Сейсмичность площадки строительства в зависимости от проявленности просадочных грунтов (табл.2-5)

Категория грунта Сейсмичность района, баллы

По сейсм. св-вам Грунты 6 7 8 9

I Сцементированные просадочные мощностью > 8м - 6 7 8

II Непроявленные (целинные) просадочные при W< 10%,

И d _w> 8м и обязательном устранении возможных источ-

-ников замачивания. Проявленные (T>10лет)просадочные

И более не замачивавшиеся 6 7 8 9