Анализ сейсмических колебаний, возбуждаемых движущимся железнодорожным составом
Автор: Заславский Юрий Михайлович, Заславский Владислав Юрьевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.14, 2021 года.
Бесплатный доступ
Излагается теоретический анализ сейсмических колебаний, возбуждаемых быстро движущимся железнодорожным экспрессом. Исследуется возможность использования сейсмических колебаний техногенной природы, создаваемых самим транспортным средством, которые регистрируются сейсмической аппаратурой под путями и в их окрестностях, подверженных, например, карстовым явлениям, где риски аварийности повышены. Указаны основные физические механизмы возбуждения сейсмических волн, бегущих вдоль свободной поверхности и уходящих вглубь земной толщи. Основное внимание уделяется релеевским поверхностным волнам, доминирующим на малых и средних удалениях от пути на частотах до первых десятков герц. Выполнен расчёт спектра поверхностной релеевской волны, преобладающей в сейсмическом отклике, соответствующем указанной дистанции. Рассматриваются амплитудно-частотные характеристики и их зависимости от скорости движения нагрузки, перепада скорости распространения упругих волн в толще грунта. Графики спектра сейсмического волнового отклика демонстрируются при нескольких значениях скорости движения и параметров верхнего слоя претерпевшей осадку земляной толщи в виде рельефа на плоскости аргументов «частота-дистанция по перпендикуляру к направлению движения». Анализируется влияние частотной дисперсии скорости распространения поверхностных волн в слоистой структуре нижнего строения железнодорожного пути на спектр волнового отклика. Характерные особенности в рельефе, изображающем спектр в двухкоординатном представлении, расцениваются как информативные признаки, которые закладываются в алгоритмы мониторинга слоистой структуры грунта, а также в основу работы систем диагностики локальных аномалий, вызванных, например, карстовыми явлениями под магистралью.
Сейсмические колебания, возбуждение волн, упругое полупространство, движущийся источник колебаний, железнодорожный путь, мониторинг грунта
Короткий адрес: https://sciup.org/143174601
IDR: 143174601 | УДК: 681.3.01 | DOI: 10.7242/1999-6691/2021.14.1.8
Analysis of seismic vibrations excited by a moving railway construction
This paper presents a theoretical analysis of seismic vibrations generated by a fast moving train. The possibility of using seismic vibrations of technogenic character, created by the vehicle itself and recorded by the equipment used in seismic exploration of the subsoil, to detect and localize areas of the geomedium under the tracks and in its vicinity, prone to karst phenomena, where the risk of accidents is increased, is investigated. The main physical mechanisms for the excitation of seismic waves traveling along the free surface and going deep into the earth are listed. Particular attention is paid to Rayleigh surface waves, which dominate at small and medium distances from the path at frequencies up to the first tens of hertz. The calculation of the spectrum of the surface Rayleigh wave, prevailing in the seismic response recorded at the indicated distances, has been performed. The amplitude-frequency characteristics and their dependence on the velocity of movement and on the difference in the velocity of propagation of elastic waves in the sedimentary strata are considered. The graphs of the seismic wave response spectrum at several values of the velocity of movement and parameters of the upper layer of the sedimentary strata are shown as a relief on the plane of arguments: frequency - distance along the perpendicular. The effect of the frequency dispersion of the velocity of propagation of surface waves in a layered structure under the mainline on the spectrum of the wave response is analyzed. The characteristic features in the relief, depicting the spectrum in two-coordinate representation, are considered as informative features that are laid down in the algorithms for monitoring the layered structure of the soil, as well as the basis for the operation of diagnostic systems for local anomalies caused by karst phenomena under the highway.
Список литературы Анализ сейсмических колебаний, возбуждаемых движущимся железнодорожным составом
- Connolly D.P., Giannopoulos A., Fan W., Woodward P.K., Forde M.C. Optimising low acoustic impedance back-fill material wave barrier dimensions to shield structures from ground borne high speed rail vibrations // Construct. Build. Mater. 2013. Vol. 44. P. 557-564. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.03.034
- Волков В.А., Владов М.Л., Граминовский Н.А., Капустин В.В., Калинина А.В., Аммосов С.М., Марченков А.Ю. Оценка вибрационного воздействия подвижного состава на здания и сооружения вдоль скоростной магистрали «Москва-Казань-Екатеринбург» // Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации: Материалы докладов XIII Общероссийской конференции изыскательских организаций, Москва, 28 ноября – 1 декабря 2017. М.: Геомаркетинг, 2017. С. 363-364.
- Крылатков С.М., Крылаткова Н.А., Нещеткин О.Б. Исследование карстоопасных участков железных дорог с помощью сейсморазведки // Известия Уральской государственной горно-геологической академии. 2003. Вып. 18. С. 177-187.
- Орлова И.П., Капустян Н.К., Антоновская Г.Н., Басакина И.М. Опыт сейсмического исследования гетерогенной среды земляного полотна железнодорожного пути // Механика композиционных материалов и конструкций сложных гетерогенных сред: Сб. трудов 8-й Всероссийской конференции с международным участием им. И.Ф. Образцова и Ю.Г. Яновского, Москва, 18-19 декабря 2018 г. М.: ИПМ РАН, 2019. С. 329-335.
- Способ выявления неоднородных участков земной поверхности вдоль железнодорожного полотна: а.с. 1541551 СССР: G 01 V 1/00 / 1985; а.с. 342151 СССР: G 01 V 1/00 / 1972. Кротов Н.В. – № 2069873; заявл. 21.07.1992; опубл. 27.11.1996.
- Connolly D.P., Kouroussis G., Giannopoulos A., Verlinden O., Woodward P.K., Forde M.C. Assessment of railway vibrations using an efficient scoping model // Soil Dynam. Earthquake Eng. 2014. Vol. 58. P. 37-47. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2013.12.003
- Баженов В.Г., Дюкина Н.С. Численное исследование взаимодействия сооружений с грунтовым основанием при сейсмических воздействиях // Вычисл. мех. сплош. сред. 2012. Т. 5, № 1. C. 19-24. http://dx.doi.org/10.7242/1999-6691/2012.5.1.3
- Гольдштейн Р.В. Волны Рэлея и резонансные явления в упругих телах // ПММ. 1965. Т. 29, № 3. С. 516-525. (English version https://doi.org/10.1016/0021-8928(65)90066-3)
- Ben-Menahem A. Radiation of seismic surface-waves from finite moving sources // Bulletin of the Seismological Society of America. 1961. Vol. 51. P. 401-435.
- Заславский Ю.М. Об особенностях рэлеевских волн, возбуждаемых равномерно движущейся по поверхности осциллирующей силой // Акустический журнал. 1988. Т. 34, № 3. С. 536-538.
- Заславский Ю.М. Волны Лява, возбуждаемые движущимся источником // Акустический журнал. 2016. Т. 62, № 1. C. 87-94. https://doi.org/10.7868/S0320791915060155 12. Заславский Ю.М., Заславский В.Ю., Соков А.М. Акустическое и сейсмическое поле движущегося источника шума и вибрации (регистрация решеткой микрофонов и сейсмической косой) // Ученые записки физического факультета Московского университета. 2017. № 5. 1751405.