Влияние свойств грунта на балльность площадок подземных сооружений Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК624.131

ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ГРУНТА НА БАЛЛЬНОСТЬ ПЛОЩАДОК ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Калачук Т.Г. - кандидат технических наук, доцент кафедры городского кадастра и инженерных изысканий, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, ка1эоЬуик. tg@bstu.ru

Кара К.А. - кандидат технических наук, доцент кафедры городского кадастра и инженерных изысканий, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, kara.ka@bstu.ru

Аннотация: постоянная угроза землетрясений в сейсмически опасных районах, вызывает необходимость исследования вопросов сейсмостойкости сооружений и разработки методов их проектирования с учетом сейсмического фактора. Значительную долю в общем объеме инженерных сооружений в строительстве занимают малые и средние мосты, подземные сооружения и другие. Достоверные данные можно получить только экспериментальным путем, так как они являются существенным источником для теории сейсмостойкости сооружений. Условия сейсмостойкости сооружений достигаются надлежащим их проектированием и строительством с учетом сейсмического воздействия.

Ключевые слова: землетрясение, балльность, грунт, подземные сооружения.

Введение.

ак известно, грунтовые мощности существенно влияют на интенсивность землетрясений, т.к. они происходят на определенной глубине. Сейсмические волны на разных уровнях поверхности различны. В соответствии с этим, различаются кинематические элементы, определяющие интенсивность землетрясения. В практических целях необходимо знать, как изменяется расчетная балльность на заданной глубине основания с учетом периодов прихождения сейсмических волн. При инструментальных данных использовалась модель грунта в виде слоя рыхлых отложений подстилаемых мощной толщей коренных пород, которые принимаются в виде упругого полупространства с допущением, что нижняя граница коренных пород залега-

ет достаточно глубоко, и скоростная диффе-р енциация на нижней границе коренных пород незначительна [2].

Если в двухслойной системе мощность грунта такова, что в интересующем нас диапазоне периодов Н/1 < 0,1 [2], то в этом интервале двухслойная система в отношении спектральных особенностей эквивалентна однослойной системе с параметрами верхнего слоя и подстилаемого полупространства. Этот вывод можно сделать из связной стратиграфической колонки и сводного геологического профиля Прикопетдагской равнины для некоторых подземных сооружений однослойной системы. Это позволяет рассматривать из кинематических элементов только смещение грунтового слоя. Тогда для двухслойной системы имеем следующие выражения [1]:

W(Z,t \ > Я1 =-

4 • р0 • р • а, • 008

( Н-а-

. а1 )

А

/ \ _ 2 • Ро • а •[а • 008 N •а + в • 008 N а]еа

^ (А t )2 > Н1 = д

А = р • а0 • [А • 008 К • а + В • 008 К • а]+ * •р • а • [А • 8Ш К • а + В • 8т К2 а]

: Ро ^о Н, Н

(1)

(2) (3)

К, = ±и + ^ К 2 —2- N = —

Н Н2 н, - н. N = Н - 2 Н2

а

е

а

а

а

а

2

2

2

А = р ■ ах +р2 ■ а2

в=д ■ а ~ р ■ а

н=Н + Н2

Оценив изменения амплитуд колебаний, определяющих интенсивность землетрясения на различных глубинах заложения подземных сооружений, получим соответствующие резонансные кривые, построенных на основании выражений (1, 2). При этом берется отношение амплитуд, соответствующих одному и тому же периоду. В работе [3] с использованием градуировки для оценки измерения балльности получено выражение:

Ак =

1

11

18

где q - отношение амплитуд, при котором величина балльности изменяется на единицу; W1, W2 - амплитуды, соответствующие заданному периоду, отнесенные к различным глубинам заложения.

Если мощность слоя - Н, глубина основания сооружения, возведенного в заданном грунте, - hi, то мощность в основании Н' = h - hi. Положим, что 2 = Н1 - Н2, тогда из выражения (1) можем определить амплитуду колебаний на свободной поверхности.

Следует отнести это значение амплитуд к известной интенсивности землетрясения по результатам сейсмического микрорайонирования данной территории. Тогда, имея амплитуду колебания с глубиной заложения Н' по формуле (3), можем определить балльности в зависимости от глубины и тем самым от интенсивности землетрясения, соответствующим подземным сооружениям данной территории.

Таблица 1

Изменение балльности с глубиной заложения

Т, с м/с 5 м 15 м 25 м м/с 5 м 15 м 25 м

1 2 3 4 5 6 7 8 9

0,2 1000 0,08 0,12 0,36 600 0,08 0,52 1,47

1100 0,02 0,08 0,24 700 0,08 0,39 1,16

1200 0,02 0,07 0,24 800 0,03 0,30 0,66

1300 0,1 0,03 0,14 900 0,02 0,02 0,64

0,25 1000 0,02 0,06 0,21 600 0,05 0,33 0,94

1100 0,02 0,14 0,32 700 0,03 0,24 0,69

1200 0,01 0,11 0,30 800 0,02 0,14 0,47

1300 0,03 0,16 0,29 900 0,01 0,13 0,39

0,3 1000 0,02 0,05 0,16 600 0,03 0,22 0,66

1100 0,05 0,16 0,14 700 0,03 0,16 0,46

1200 0,01 0,06 0,16 800 0,03 0,12 0,33

1300 0,01 0,04 0,15 900 0,02 0,09 0,27

0,35 1000 0,01 0,03 0,12 600 0,03 0,17 0,49

1100 0,01 0,08 0,16 700 0,02 0,12 0,36

1200 0,01 0,04 0,16 800 0,01 0,10 0,27

1300 0,01 0,04 0,15 900 0,01 0,08 0,23

0,4 1100 0,01 0,02 0,16 600 0,01 0,12 0,35

1200 0,01 0,02 0,12 700 0,01 0,09 0,26

1300 0,01 0,02 0,12 800 0,01 0,08 0,21

1400 0,01 0,04 0,08 900 0,01 0,05 0,16

Результаты вычисления смещений на разной глубине заложения показывают, что с возрастанием скорости распространения сейсмических волн интервал изменения смещения грунтового слоя сужается и наоборот;

аналогичный результат имеем и относительно периода проходящих сейсмических волн. Сравнительно большее значение принимает смещение на свободной поверхности и в её близости.

Соответствующие изменения балльности для подземных сооружений от свободной поверхности представим в виде таблицы, из которой видно, что изменение балльности в зависимости от скорости распространения сейсмических волн сравнительно меньше изменения периодов сейсмических волн, причем максимальное отличие балльности от свободной поверхности имеем при высокочастотных сейсмических волнах. Это означает, что уточнение балльности подземного сооружения в сейсмических районах имеет большое практическое значение.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кац А.З. Сейсмическое микрорайонирование с учетом изменения параметров колебаний и напряжений с глубиной // В сб. «Вопросы инженерной сейсмологии». М.: Наука, 1970. Вып. 13.

2. Кац А.З. Некоторые результаты исследований спектральных характеристик грунтов в районе Душанбинского сейсмического полигона // В сб. «Вопросы инженерной сейсмологии». М.: Наука, 1974. Вып. 16.

3. Кац А.З. Определение сейсмической балльности с учетом глубины основания фундамента сооружения // В сб. «Вопросы инженерной сейсмологии». М.: Наука, 1975. Вып. 17.

4. Калачук Т.Г., Юрьев А.Г., Карякин

B.Ф., Выскребенцев В.С. О начальном давлении просадочных грунтов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 6. С. 24-28.

5. Черныш А.С. Специфические свойства просадочных грунтов. Белгород, 2015.

6. Черныш А.С. К вопросу оценки устойчивости откосов сложенных просадоч-ными грунтами при динамических воздействиях и увлажнении // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. № 6.

C. 122-124.

7. Калачук Т.Г. К вопросу проектирования и строительства на слабых грунтах // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. № 5. С. 120-124.

8. Черныш А.С., Долженков Д.Ю. Повышение несущей способности фундамента

мелкого заложения на обводнённых глинисто-песчаных основаниях пойменных отложений // В сборнике: Наукоемкие технологии и инновации Юбилейная Международная научно-практическая конференция, посвященная 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова, XXI научные чтения. Белгородский государственный технологический университет им.

B.Г. Шухова. 2014. С. 145-158.

9. Устич А.А., Черныш А.С. Регулирование напряженно-деформированного состояния грунта при устройстве фундаментов мелкого заложения // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. № 2.

C. 20-21.

10. Черныш А.С. Исследование закономерностей депрессионных деформаций толщи осадочных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. 1999. № 4. С. 219-220.

REFERENCES

1. Kac A.Z. Sejsmicheskoe mikrorajoni-rovanie s uchetom izmeneniya parametrov kole-banij i napryazhenij s glubinoj // V sb. «Voprosy inzhenernoj sejsmologii». M.: Nauka, 1970. Vyp. 13.

2. Kac A.Z. Nekotorye rezul'taty issledovanij spektral'nyh harakteristik gruntov v rajone Dushanbinskogo sejsmicheskogo poligona // V sb. «Voprosy inzhenernoj sejsmologii». M.: Nauka, 1974. Vyp. 16,

3. Kac A.Z. Opredelenie sejsmicheskoj ball'nosti s uchetom glubiny osnovaniya fundamenta sooruzheniya // V sb. «Voprosy inzhenernoj sejsmologii». M.: Nauka, 1975. Vyp. 17.

4. Kalachuk T.G., Yur'ev A.G., Karya-kin V.F., Vyskrebencev V.S. O nachal'nom davlenii prosadochnyh gruntov // Vestnik Bel-gorodskogo gosudarstvennogo tekhnolog-icheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2014. № 6. S. 24-28.

5 . Chernysh A.S. Specificheskie svojstva prosadochnyh gruntov. Belgorod, 2015.

6. Chernysh A.S. K voprosu ocenki ustojchivosti otkosov slozhennyh prosadochny-mi gruntami pri dinamicheskih vozdejstviyah i uvlazhnenii // Vestnik Belgorodskogo gosudar-stvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2015. № 6. S. 122-124.

7. Kalachuk T.G. K voprosu proektiro-vaniya i stroitel'stva na slabyh gruntah // Vest-nik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhno-logicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2015. № 5. S. 120-124.

8. Chernysh A.S., Dolzhenkov D.Yu. Povyshenie nesushchej sposobnosti fundamenta melkogo zalozheniya na obvodnyonnyh glin-isto-peschanyh osnovaniyah pojmennyh ot-lozhenij // V sbornike: Naukoemkie tekhnologii i innovacii Yubilejnaya Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferenciya, posvyashchennaya 60-letiyu BGTU im. V.G. Shuhova, XXI nauchnye chteniya. Belgo-

rodskij gosudarstvennyj tekhnologicheskij uni-versitet im. V.G. Shuhova. 2014. S. 145-158.

9. Ustich A.A., Chernysh A.S. Reguliro-vanie napryazhenno-deformirovannogo sos-toyaniya grunta pri ustrojstve fundamentov melkogo zalozheniya // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo univer-siteta im. V.G. Shuhova. 2012. № 2. S. 20-21.

10. Chernysh A.S. Issledovanie za-konomernostej depressionnyh deformacij tol-shchi osadochnyh porod // Gornyj informacion-no-analiticheskij byulleten'. 1999. № 4. S. 2192 2 0 .

THE INFLUENCE OF SOIL PROPERTIES BALLINEST SITES OF UNDERGROUND STRUCTURES

Kalachuk T.G, KaraK.A.

Annotation: the constant threat of earthquakes in seismically dangerous areas makes it necessary to study the issues of seismic resistance of structures and the development of methods for their design taking into account the seismic factor. A significant share in the total volume of engineering structures in construction is occupied by small and medium-sized bridges, underground structures and others. Reliable data can be obtained only experimentally, since they are an essential source for the theory of seismic stability of structures. The conditions of seismic stability of structures are achieved due to the design and construction taking into account seismic effects.

Key words: earthquake, grade, soil, underground structures.

© Калачук Т.Г., Кара К.А., 2018

Калачук Т.Г., Кара К.А. Влияние свойств грунта на балльность площадок подземных сооружений //Вектор ГеоНаук. 2018. Т.1. №2. С. 13-16.

Kalachuk T.G, Kara K.A., 2018. The influence of soil properties ballinest sites of underground structures. Vector of Geosciences. 1(2): 13-16.