Инженерная сейсмология на службе предотвращения чрезвычайных ситуаций

По этой формуле мы вычислили величину исходной балльности:

I₀ =1.5х5.0х3.5 lg (10²+30²)^1/2+3 » » 7.5-2.25 = 5.25 баллов.

Основные результаты сейсмического микрорайонирования были представлены двумя картами-схемами: приращенной балльности 1:25000, ослабленных зон (зоны ослабления структурных связей в грунтах) 1:25000.

Номограммыуплотнения грунтов от интенсивности вибраций

1 — относительное ускорение, 2 —■ суглинок,

3 — глина, 4 — крупный песок, 5 — мелкий песок

Они показали, что необходимо обратить особое внимание на несущие сейсмические свойства подстилающих грунтов города. Для этой цели были проведены лабораторные исследования, связанные с использовани- ем вибросейсмической нагрузки для наиболее характерных грунтов города. Амплитуда ускорений частиц грунта при испытаниях увеличивалась от 0.1 до 13.0 м/с2, что соответствовало по максимальной величине магнитуде землетрясения до восьми единиц. Испытаниям были подвержены основные, наиболее распространенные в пределах города виды грунтов — суглинки, глины, пески различной крупности и водонасыщенности, супеси. В итоге было определено эффективное ускорение несущих способностей грунтов, построены номограммы кривых зависимости уплотнения, дилатансии и перехода в плывунное состояние от величины относительных ускорений с последующим переводом этих величин в единицы магнитуд. В дальнейшем эти данные были использованы в корректировке границ выделенных ослабленных зон в пределах г. Сыктывкара и его окрестностей, а это в свою очередь позволило внести дополнительные исправления по приращению суммарной балльности. Максимальное приращение балльности по городу, определенное на основе рекомендаций РСН 65-87, в сред- нем составило 1.3—1.5 баллов. При учете данных вибросейсмических испытаний грунтов приращение балльности местами может достичь больших значений. Таким образом, суммарная величина балльности в г. Сыктывкаре по сравнению с исходной может превысить семь баллов.

Практическая проверка полученных экспериментальных номограмм была осуществлена в 2008 г., после обращения администрации предприятия «Монди СЛПК» в Институт геологии по поводу осуществления вибросейсмических наблюдений в момент забивки свай на строительных площадках ТЭЦ КТЦ-2 по программе «Стэп». Основной задачей этого мониторинга явилось обеспечение прогнозной оценки безопасности от сотрясений, вызываемых свае-боечными установками, инженерных объектов, находящихся вблизи источника вибрации. По инженерно -геологическим свойствам грунты в основании будущего сооружения условно были отнесены к грунтам второго типа. Значит, по принятым нормам ВСН-490-87 предельно допустимые величины значений амплитуд ускорений от вибраций должны быть не более 0.6 м/с2 для здания с каркасным фундаментом и 1.0 м/с2 для высотного сооружения (дымового коллектора).

В результате наблюдений за вибрационной обстановкой на каркасном фундаменте ТЭЦ КТЦ-2 на расстоянии 12 м от него были получены значения амплитуд ускорений 0.38 м/с2, близкие к предельным для такого класса зданий, стоящих на грунтах второго типа (см. выше). Учитывая длительность срока эксплуатации здания и нелинейное увеличение амплитуд сотрясений от расстояния, мы на стояли на прекращении последующей забивки свай ближе 12 м и на переходе к другому способу установки фундамента (правда, более дорогому и трудоемкому) — к бурению с закачкой цемента в скважину.

Одновременно с этим проводились наблюдения за поведением фундамента дымового коллектора. В итоге под фундаментом были зафиксированы две стадии уплотнения грунтов, первая стадия уплотнения произошла на расстоянии 25 м, вторая — на расстоянии 21 м. Оба момента просадок фундамента были замечены на дисплее экрана визуализации колебательных процессов продольных и поперечных волн, исходящих от ударов сваебоечной машины, — высокочастотные колебания наложились на неожиданно появившиеся низкочастотные волны. В первом случае время вынужденных колебаний составило около 3 мин, амплитуда волны по горизонтальной компоненте составила 6.9 мкм; во втором — время колебательных движений возросло до 15 мин, а амплитуда волны — до 70 мкм. После обработки сейсмограмм и вычисления спектров этих колебательных движений оказалось, что в первом случае, при частоте колебаний 0.86 Гц, ускорение составляло 0.8х10-4м/с2, во втором, при 0.8 Гц, — 5.2х10-4м/с2. В 2000 г. сейсмическими исследованиями вблизи строительной площадки ТЭЦ КТЦ-2 были определены коэффициенты поглощения сейсмических волн (0.014— 0.02 м-1), созданных техногенными источниками вибраций. На основании этих данных и вновь полученных функциональных изменений амплитуд ускорения от расстояния, было принято решение о снижении предельно допустимых величин ускоре ния в грунтах под высотными сооружениями с 1.0 м/с2 до 0.575 м/с2 (соответствует моменту забивки свай). В противном случае энергия амплитуды вынужденных колебательных движений могла бы превзойти силу сцепления связей в пылеватых песках 0.59 м/с2 (они присутствуют в разрезе), что перевело бы их в плывунное состояние. Поэтому, если строго придерживаться только строительных норм ВСН-490-87, не учитывая местных грунтовых условий, можно спровоцировать чрезвычайные ситуации на этих объектах. Таким образом, сопоставив все особенности результатов исследований, мы определили предельно допустимые расстояния и уровни вибраций на объектах наблюдений.

В заключение отметим, что исследования по прогнозу степени природной и природно-техногенной сейсмической опасности необходимо проводить в несколько этапов, которые увязаны между собой масштабностью исследований: от общего районирования региона до микрорайонирования конкретных объектов и участков, отведенных под строительство.