Файл: Подводные и подземные взрывы сб. ст.pdf

ЭФФЕКТЫ ДВИЖЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВАХ 371

Таблица 1

при этом взрыве были значительно меньше, чем по лю­ бому из предлагавшихся ранее критериев повреждения. В табл. 1 приведены значения скоростей поверхности грунта и процент поврежденных зданий в трех ближай­ ших к месту взрыва населенных пунктах.

На рис. 2 показан характер повреждений зданий, вызванных колебаниями земли. Типичные повреждения зданий можно отнести в отличие от «структурных» к так называемым «архитектурным» повреждениям. При повреждениях такого рода возникают трещины или от­ колы в штукатурке или в кирпичных стенах, а несущие конструкции не повреждаются. Многие трещины, подоб­ ные приведенным на этом рисунке, закрываются со вре­ менем, что сильно затрудняет оценку действительной картины повреждений.

Эксперимент «Салмон» дал новый импульс в на­ правлении изучения механизма повреждений зданий и нахождения тех параметров колебаний, которые могли бы коррелировать с повреждениями зданий. В частно­ сти, очевидное нарушение ранее принятого критерия, основанного на скорости поверхности, требовало даль­ нейшего изучения. Такие исследования были выполнены на Невадском полигоне АЕС в 1965 г. в связи с прове­ дением там серии подземных ядерных взрывов. В тече­ ние 1964 г. в основном лагере полигона была возведена серия новых строений. Они представляли собой в основ­ ном одноэтажные конструкции из бетонных блоков и использовались как жилье и административные поме­

ЭФФЕКТЫ ДВИЖЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВАХ 375

новых трещин образуется каждый день. Такая ско­ рость образования трещин характерна для зданий выбранного типа. Ступеньки на рис. 4 соответствуют до­ полнительным трещинам, вызванным проводившимися в эти дни взрывами. По своему характеру эти трещины ничем не отличаются от тех трещин, которые появляют­ ся в обычные дни. Все эти трещины архитектурные по природе, и большинство из них легко обнаруживается при внимательном обследовании. Пример приведен на рис. 5. Максимальная скорость поверхности грунта во всех случаях была меньше 0,3 см/с; это подтверждает вывод о том, что некоторые незначительные поврежде­ ния могут быть вызваны колебаниями очень малой ам­ плитуды.

КОРРЕЛЯЦИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ С АМПЛИТУДАМИ СПЕКТРА ДЕЙСТВИЙ

Стало очевидно, что для дальнейшего продвижения необходимо рассматривать воздействие колебаний на сооружения. Естественный подход к этой проблеме со­ стоит в использовании спектра действия [7]. Этот метод применялся при изучении собственных колебаний-зданий и основан на простом предположении о том, что реак­ цию сооружения можно аппроксимировать огибающей максимальных отклонений простых гармонических осцил­ ляторов, которые колеблются с различной частотой и за­ туханием, равным определенной части от критиче­ ского [8].

Возбуждение такого спектра изображено схемати­ чески на рис. 6, где максимальное относительное сме­ щение каждой колеблющейся массы относительно своего исходного положения на основании определяется задан­ ным смещением основания. Эта процедура может быть выполнена, в частности, при помощи быстродействую­ щей ЭВМ. Предполагая простое гармоническое колеба­ ние, по вычисленным смещениям можно определить ско­ рости и ускорения. Это позволяет все три величины представить как функции частоты пли периода на че­ тырехдорожечном графике, который весьма удобен прц

установлении связи между различными амплитудами и повреждениями.

Типичный спектр приведен на рис. 7; там же указан примерно тот интервал периодов, при которых здания

Р и с. 6. Определение п расчет спектра действия.

клоненне Zr, осциллограмма соответствует входному сигналу.

различной высоты могут попасть в резонанс. Соотноше­ ние между спектральными амплитудами и резонансными частотами зданий имеет большое значение; например, если на интересующей нас площади все строения ниже трехэтажных, спектральные амплитуды для периодов выше 0,2 с не существенны при предсказании повре­ ждений.

ЭФФЕКТЫ ДВИЖЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВАХ 377

Для одно- и двухэтажных зданий, для которых су­ щественны частоты от 5 до 20 Гц (периоды от 0,05 до

ж

¥

Рис. 7. Пример спектра с интервалами реакций зданий. ДебекКаньон, твердые породы, станция R18, расстояние 33,5 км.

По оси абсцисс: период, с; покоен ординат: псевдоотноснтельная скорость см/с. / — вертикальная компонента; 2 — радиальная компонента; 3 — трансверсаль­ ная компонента; п —число этажей здания.

0,2 с), Надольский [7] показал, что величина псевдоабсолютного ускорения PSAA, по-видимому, лучше коррелируется с наблюдаемыми повреждениями, чем другие параметры колебаний. Обширные данные по измерению

на глубине 2570 м в песчаниках и сланцах), а также данные [10] по повреждениям подтверждают, что эта связь достаточно определенная. Это установлено Райзером [11] и совсем недавно Фархумандом и Шоллом [12]. В табл. 2 суммированы данные по параметрам ко­ лебаний, спектральным амплитудам и числу поврежде­ ний при эксперименте «Рулисон».

Таблица 2

Корреляция повреждений при взрыве «Рулисон»

Эти данные вместе с некоторыми добавочными точками, полученными по эксперименту «Салмон» и в Лас-Вега­ се, показаны на рис. 8. Из этого рисунка видно, что при значении PSAA, близком к 1 g в интервале периодов от 0,05 до 0,2 с, около 50% одно- и двухэтажных зданий, как можно ожидать, получат некоторые повреждения. При значении PSAA, равном 0,01 g , можно ожидать лишь случайные повреждения, а при более низких зна­ чениях PSAA повреждений ожидать не следует (или их будет очень мало). Зависимость, приведенная на рис. 8, может служить для быстрой и удобной оценки повре­ ждений одно- и двухэтажных зданий, находящихся вблизи места проведения ядерных взрывов, если при этом можно определить спектры действия для этих зда­

ний.

Результаты, полученные при взрыве «Рулисон», по­ казывают, что даже в том случае, когда спектральные ускорения достигали уровня 1g , повреждения носили

ЭФФЕКТЫ ДВИЖЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВАХ 379

архитектурный характер либо происходили повреждения внешней отделки. В табл. 3 приведены типы поврежде­ ний, выявленные в зданиях, расположенных вблизи от взрыва «Рулисон».

Рис. 8. Зависимость повреждения зданий (%) от PSAA (g)

при 0,05—0,2 с.

О. данные взрыва «Рулисон»; НДЧ, повреждения в Хаттесбурге при взрыве

Больше половины всех повреждений составляют тре­ щины в штукатурке либо повреждения печных труб. Примеры таких повреждений показаны на рис. 9—II. Во всех случаях повреждения были легко исправлены и средняя стоимость ремонта составляла меньше 300 долл,

на каждое повреждение. Хотя, как можно было ожидать, средняя стоимость ремонтных работ должна быть не­ большой при низких параметрах колебаний, Фархуманд и Шолл не смогли оценить точную связь с повреждения­ ми при взрыве «Рулисон» [12], однако они обнаружили что, по-видимому, существует определенная связь ме­ жду максимальным значением PSAA в соответствующем диапазоне частот и стоимостью всех затрат на ремонт, отнесенной к стоимости зданий. Такой подход, однако, вряд ли будет универсально применимым и должен быть дифференцирован в зависимости от типа повреждений, например в том смысле, будет ли здание отремонтиро­ вано либо будет оплачена стоимость этого повреждения.

ДВИЖЕНИЕ ЗЕМЛИ И СПЕКТРАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ

Необходимым условием для использования метода, изложенного выше, является прогнозирование спектра действия для различных населенных пунктов и жилых центров, которые могут быть подвержены воздействию ядерных взрывов. Предсказания максимального значе­ ния параметров движения грунта точно так же, как и спектр действия, непрерывно усовершенствовались пу­ тем проведения обширных программ измерений как в Неваде, так и повсюду [13, 14]. Однако до проведения