ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 90
Скачиваний: 1
Рис. 11. Профиль затухающей преломленной волны Рц (радиальпая компонента, Q = 200).
U, см/с
Р и с . 12. Сравнение расчетных и наблюдаемых максимальных амплитуд различных типов волн для взрыва «Бокскар».
V4
364 |
дж. р . м ё рф и |
Следующий простой пример показывает, что большин ство такого рода флуктуаций, вероятно, объясняется особенностями локальной геологии в пункте регистра ции. Участок записи вертикальной компоненты волн сжатия на расстоянии около 185 км, рассчитанный для модели на рис. 4, показан на верхнем графике рис. 13. Рассмотрим теперь случай, когда верхние 500 м геоло гического разреза в пункте регистрации представлены слоем с материалом, имеющим скорость распростране ния волн сжатия 2 км/с и плотность 1,6 г/см3. Тогда можно показать, что импульсная реакция этого слоя на вертикально падающую волну сжатия выражается в виде [12]
Т (0 =
= } |
} [ [ f r ]m (1 ~ |
^ |
:^ '5 [{ |
~ |
(2m+ О ], t > |
0. |
| |
|
|
m = 0 |
|
|
|
( 0, |
|
|
|
* < 0 , |
(60) |
|
где |
b = poflo/piQi, |
q = |
Z0/a0 (индекс |
0 |
обозначает |
по |
верхностный слой). Затем если функцию колебаний во времени при отсутствии слоя обозначить через /(/), то функция колебаний во времени на поверхности этого
слоя g(t) может быть получена путем свертки |
f(t) |
С 7 4 0 : |
|
оо |
|
г(о=2(1-бг'4Б (-1Г[1Тт](!”‘+'’'!х |
|
т = 0 |
|
X f [ t - q { 2 m + l ) ] . |
(61) |
На нижнем графике рис. 13 показана функция коле баний во времени, которая могла быть зарегистриро вана на станции, расположенной на нашем гипотетиче ском слое. Сравнивая верхние и нижние графики рис. 13, можно видеть, что поверхностная геология мо жет значительно видоизменять характер колебаний даже для тех случаев, когда регистрирующие станции распо ложены на твердых породах. Следовательно, более де-
РАСЧЕТНЫЕ ВСТУПЛЕНИЯ ВОЛН СЖАТИЯ |
365 |
талы-юе сопоставление расчетных и экспериментальных амплитуд и волновых форм должно быть отложено до
О, см/с
Рис. 13. Расчетные участки сейсмической записи волн сжатия на расстоянии 185 км от взрыва «Бокскар» с учетом (нижний график) и без учета (верхний график) влияния геологии в месте реги
страции.
тех пор, пока не будут составлены соответствующие по верхностные геологические профили для отдельных пунк тов регистрации, представляющих интерес для настоя щего исследования.
366 |
ДЖ. р. МЕРФИ |
ОБСУЖДЕНИЕ
Описана аналитическая модель, которая может быть использована для расчета поверхностной скорости сме щения выбранных типов волн сжатия, возбуждаемых подземными ядерными взрывами. Рассчитанные с ис пользованием этой модели участки записи волн сжатия указывают, что волновые формы различных типов волн являются сложными функциями расстояния, особенно для отраженных волн. Вследствие этой сложности неко торые из вступлений были в прошлом, по-видимому, не правильно идентифицированы на сейсмограммах в ближней зоне. Сравнение расчетных и эксперименталь ных максимальных амплитуд при ядерном взрыве «Бокскар» показывает, что, используя простую модель пути распространения сейсмических волн, можно с приемлемой точностью прогнозировать амплитуды не скольких наиболее важных волн сжатия. Однако пред ставленный пример, иллюстрирующий влияние локаль ной геологии на сейсмические записи и амплитуды этих волн, свидетельствует о том, что, для того чтобы полу чить точные прогнозы характеристик движения грунта, необходимо учитывать влияние локальной геологии в пункте регистрации.
Список литературы
1.Beaudet Р. R., Elastic wave propagation in heterogeneous media,
Bull. Seism. Soc. Amer., 60, 769—784 (1970).
2.Бреховских Л. M., Волны в слоистых средах, изд-во АН СССР,
М„ 1957.
3.Cerveny V., The dynamic properties of reflected and head waves around the critical point, Trav. Inst. Geophys. Acad. Tchecosl. ScL, 221, 131—236 (1965).
4.Ewing W. M., Jardetzky W. S., Press F., Elastic waves in layered
5 |
media, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1957. |
||||
Futterman |
\V. I., Dispersive body waves, J. Geophys. Res., 67, |
||||
6. |
5279—5291 |
(1962). |
of surface |
waves in multilayered me |
|
Haskell N., |
The |
dispersion |
|||
|
dia, Bull. Seisin. |
Soc. Amer., |
43, 17—34 |
(1953). |
|
7.Hays W. W„ Amplitude and frequency characteristics of elastic wave types generated by the underground nuclear detonation
Boxcar, Bull. Seism. Soc. Amer., 59, 2283—2293 (1969).
8.Heelan P. A., On the theory of head waves, Geophysics, 18, 871—
893 (1953).
РАСЧЕТНЫЕ ВСТУПЛЕНИЯ ВОЛН СЖАТИЯ |
367 |
9.Jordan N. F., Attenuation and dispersion of shear waves in ple xiglass, Geophysics, 31, 622—624 (1966).
10.King K. W., Ground motion and structural response instrumenta tion; technical discussions of off-site safety programs for under ground nuclear detonations, AEC, NVO-1163-40, 1969.
11.Mueller R. A., Murphy J. R., Seismic characteristics of under ground nuclear detonations: 1. Seismic spectrum scaling, Bull.
Seisin. Soc. Amer., 61, 1675—1692 (1971); русский перевод см.
в данном сборнике на стр. 288.
12.Murphy J. R., Davis А. Н., Weaver N. L., Amplification of seismic
body |
waves by low-velocity surface layers, Bull. Seism. Soc. |
Amer., |
61, 109—145 (1971). |
13.Power F. W., Application of Dorman’s model to determine the attenuation of Pg waves, Trans. Amer. Geophys. Union, 51, № 11
(1970).
14. Strick E., The determination of Q, dynamic viscosity and tran sient creep curves from wave propagation measurements, Geophys. ]., 13, 197—218 (1967).
15.Weetman B. G., Prediction of seismic motion and close-in effects, Rulison event, Environmental Research Corporation, NVO-1163-180, 1969.
16.Werth C. G., Flerbst R. F., Springer D. L., Amplitudes of seismic
arrivals from the M discontinuity, J. Geophys. Res., 67, 1587—-
1610 (1962).
17.Wuenschel P. C., Dispersive body waves, an experimental study, Geophysics, 30, 539—551 (1965).
ЭФФЕКТЫ ДВИЖЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВАХ:
ОБЗОР НАБЛЮДАЕМЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И МЕТОДОВ ИХ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ1)
Ф. Хольцер
Колебания земли при ядерных взрывах могут вызвать повреж дение одно- и двухэтажных зданий даже при таких небольших скоростях поверхности земли, как 0,1 и 0,2 см/с, в то время как из экспериментов со взрывами обычных взрывчатых веществ можно было предполагать, что пороговое значение скоростей будет между 5 и 10 см/с. Последующие исследования показали, что такие по вреждения лучше коррелируются со средней амплитудой псевдоабсолютного ускорения (PSAA) в диапазоне периодов от 0,05 до 0,2 с. Имеющиеся в настоящее время данные показывают, что по роговое значение ускорения составляет около 10 см/с2, а при PSAA около 1000 см/с2 можно ожидать повреждения более половины зда нии. Эти повреждения носят архитектурный характер; к ним отно сятся трещины в штукатурке, трещины хрупких кирпичных стен и повреждение печных труб: около двух третей всех повреждений при взрыве «Рулисон» были такого типа. Чтобы применять такой метод прогнозирования повреждении, необходимо иметь точное предска зание спектра действия. Точность таких предсказаний можно суще ственно улучшить, если применять зависимость частоты от мощно сти н глубины взрыва.
ВВЕДЕНИЕ
В самом начале программы «Плаушер» признава лось, что понимание и предсказание колебаний земли, вызванных взрывом и связанных с ними конструктивных или структурных повреждений, будут необходимы, если применение ядерных взрывов в мирных целях достигнет своего максимума [1]. В прошлом десятилетии комиссия по атомной энергии АЕС приняла постоянно действую щую исследовательскую программу, имеющую целью количественное прогнозирование так называемого «сейс-)*
*) |
Holzer F., |
Ground |
motion |
effects from nuclear explosions: |
|
a review of damage experience and |
prediction |
methods, Rep. TID-4500, |
|||
UC-35, |
Lawrence |
Radiation |
Lab., Univ. Calif., |
June 2, 1971, |
|
ЭФФЕКТЫ ДВИЖЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВАХ 369
мического повреждения» при подземных ядерных взры вах. В результате были развиты теории и методы, ко торые позволяют нам оценивать с разумной точностью колебания земли при единичных взрывах в песчаниках и сланцах, т. е. в тех средах, где наиболее часто прово дятся взрывы для интенсификации газовых месторожде ний.
Были выявлены те параметры движения грунта, ко торые, по-видимому, лучше всего коррелируются с раз рушениями и позволяют количественно оценить эти разрушения. Ясно, что целый ряд усовершенствований нужно сделать как в части прогнозирования движения, так и повреждений. Кроме того, нужно привлечь более сложные методы, представляя прогноз повреждений с вероятностной точки зрения [2]. В этой статье я попы таюсь сделать обзор тех этапов, через которые прошли ныне используемые методы, и представить состояние этих методов. Я не претендую на то, что была проде лана исчерпывающая обработка материала, но тут нуж но иметь в виду то обстоятельство, что в настоящее время мы не располагаем ответами на все вопросы.
КОРРЕЛЯЦИИ ПОВРЕЖДЕНИЙ С МАКСИМАЛЬНЫМИ СКОРОСТЯМИ ПОВЕРХНОСТИ
В качестве первоначального подхода к изучению ме тодов прогнозирования колебаний земной поверхности рассмотрим промышленный опыт применения взрывча тых веществ на карьерах и в горном деле [3]. Следует отметить прежде всего, что колебания, вызванные ядерным взрывом, отличаются по своим временным харак теристикам от колебаний при обычных взрывах, и, в частности, при ядерном взрыве следует ожидать, что колебания будут более низкочастотными. Однако имею щиеся данные, по-видимому, показывают, что порог для повреждений жилых домов (проявляющихся прежде всего в образовании трещин в штукатурке) не должен зависеть от частоты колебаний земной поверхности [4]. Данные, приводящие к такому заключению, представ лены на рис. 1. Из них следует, что при амплитуде ко лебаний около 10 см/с повреждений не будет либо их
370 |
Ф. ХОЛЬЦЕР |
будет очень мало. Отсутствие зависимости повреждений от частоты можно также выразить при помощи энерге тического фактора Л2//72, где А — ускорение, фут/с, a F— частота, Гц. В некоторых штатах США, а также Инже нерной службой США в качестве критерия принят энер гетический фактор, равный единице. При таком значении
1 ю to o 1000
Р н с. |
1. Первые оценки критерия |
повреждении, основанные на ма |
|
|
ксимальной скорости поверхности. |
||
ER —энергетический фактор, определяемый как A2/F*, где Л—ускорение, фут/с3, |
|||
По оси |
a |
F — частота, Гц. |
|
абсцисс: частота, Гц; |
по оси |
ординат: максимальная скорость, см/с; |
|
|
ф, повреждения; О, |
пет повреждений. |
|
энергетического фактора максимальная скорость гармо нических колебаний равна 4,8 см/с.
Такое представление о том, что предельные скорости, вызывающие повреждения, лежат в диапазоне от 5 до 10 см/с, было внезапно опровергнуто после взрыва «Салмон». Этот взрыв мощностью 5 кт был проведен вблизи Хаттесбурга, шт. Миссисипи, в соли на глубине 825 м. Приблизительно 1000 жалоб о повреждении зда ний поступило от местных жителей [5]. Хотя некоторые измерения колебаний поверхности земли и вызывают сомнения, было установлено, что скорости колебаний