Файл: Морозов, В. А. Регулярные методы решения некорректно поставленных задач-1.pdf

вид едоку

3 7 е

28J30', объемный вес— 1650 кг/м3. Допустимость такого модели­ рования реальных насыпей основана на возможности смягчения условий подобия в отношении сыпучих сред [91].

Модели устоев представляли собой деревянный ящик, открытый спереди и сверху. Для упрощения задачи предполагалось, что про­ летное строение подвижно опирается на устой и оно не учитыва­ лось. Боковые грани модели располагались в конусах насыпи; ис­ пытывали модели двух типов шириной 19,8 и 36,5 см при высотах насыпи 18 и 24 см. Схема экспериментальной установки приведена на рис. III.13.

При испытаниях исследовали устойчивость моделей на сдвиг по основанию. Модели устанавливали на лист стекла, уложенный в ис­ пытательном лотке, что обеспечивало стабильность коэффициента трения по основанию. Средняя его величина, определенная опыт­ ным путем, оказалась равной 0,275. Это близко к обычным значе­ ниям коэффициента трения кладки по песчаному грунту. Предва­ рительными опытами было установлено, что колебания основания модели при режимах, принятых в дальнейшем .для динамических

95

испытаний, практически не от­ ражаются на величине коэф­ фициента трения.

Испытания моделей прове­ дены в двух циклах. В первом цикле проводили статические испытания моделей последую­ щей методике: ящики, пред­ ставляющие собой модели усто­ ев, загружались грузами, заве­ домо обеспечивающими их устойчивость. В таком положе­ нии отсыпали1 подходную на­

сыпь с конусами. Затем постепенно, малыми порциями, удаляли пригрузку из моделей. При определенной пригрузке, соответствую­ щей предельному состоянию, устойчивость модели нарушалась и она сдвигалась с образованием характерной призмы обрушения у задней грани. По остаточной пригрузке, соответствующей моменту сдвига, определяли статическое боковое давление засыпки. Опыты показали, что это давление, а также угол обрушения грунтовой призмы хорошо согласуются с результатами теоретических расче­ тов по методу Кулона.

Опыты второго цикла, включающего динамические испытания, проводились по следующей методике: по результатам статических испытаний определяли пригрузку, обеспечивающую обычную вели­ чину коэффициента запаса на сдвиг (/С = 1,3— 1,4). Модели с такой пригрузкой подвергали вибрационным испытаниям. Основанию мо­ дели (раме платформы с лотком) вдоль осп подходной насыпи со­ общались горизонтальные колебания с постоянной амплитудой и плавно возрастающей частотой. Осциллографировались перемеще­ ния платформы и смещения модели относительно основания. Испы­ тания проводили при двух амплитудах колебаний платформы —

0,725 и 1,57 мм.

Эксперименты показали, что при малых частотах колебаний платформы модель устойчива и не смещается относительно осно­ вания. При определенной критической частоте колебаний модель теряла устойчивость и происходил ее сдвиг по основанию, что фик­ сировалось па осциллограмме. Одна из характерных осциллограмм, зарегистрированная при испытании, показана на рис. III.14. На ней ясно прослеживается момент начала сдвига (потери устойчивости положения) модели.

Обработкой осциллограмм определяли частоту колебании платформы в момент начала сдвига и вычисляли соответствующие ■скорости и ускорения основания. Результаты экспериментов пока­ зали, что решающей характеристикой колебаний основания, обу­ словливающей потерю устойчивости моделей, является максималь­ ное ускорение. Это видно из того, что при двух вышеуказанных амплитудах колебаний платформы, вдвое отличающихся друг от друга, моменту сдвига всегда соответствовали примерно одннако-

96

вые .максимальные ускорения; максимальные скорости, соответст­ вующие этому моменту, отличались на 35—40%■

По результатам экспериментов в первом приближении можно оценить силу землетрясения, вызывающую скольжение устоев в рассматриваемых условиях. Максимальное ускорение платформы, вызывающее начало сдвига моделей, в среднем составляло 0,057 g (g — ускорение силы тяжести). По принятым у нас номинальным значениям ускорений грунта этому соответствует сила землетрясе­ ния около 8 баллов. Фактические данные о последствиях землетря­ сений подтверждают возможность скольжения по грунту устоев и подпорных стен при землетрясениях такой силы. Если учесть ука­ занную выше величину коэффициента запаса моделей на скольжение и силы инерции от их собственного веса в момент начала сдвига, можно оценить также увеличение бокового давления засыпки за счет сейсмического воздействия. Подсчеты показали, что в условиях опытов максимальное сейсмическое (дополнительное) боковое дав­ ление засыпки на заднюю грань моделей составляло 15—20% 'ста­ тического давления. Ввиду значительного разброса результатов в этой части требуются дополнительные эксперименты с различными грунтами и контролем степени уплотнения засыпки. Несмотря на это, изложенные выше результаты могут служить некоторым ори­ ентиром при оценке расчетных рекомендаций (см. гл. VI).

В целом описанная методика модельных испытаний представ­ ляется весьма перспективной для исследования сейсмической ус­ тойчивости подпорных сооружений.

4—3462

Г л а в а

IV

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ

§ IV.1. ИСХОДНЫЕ УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. РАСЧЕТНАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ СООРУЖЕНИЙ

Местные сейсмические условия для проектируемого сооружения определяются сейсмичностью площадки строительства в баллах (по шкале ГОСТ 6249—52). Как было сказано ранее, под этим по­ нятием подразумевают ожидаемую максимальную силу землетря­ сения на площадке строительства, уточненную с учетом фактичес­ ких грунтогеологических, гидрогеологических и рельефных условий в ее пределах. В дальнейшем совокупность этих условий будем сокращенно называть инженерно-геологическими условиями.

Порядок определения сейсмичности площадки строительства был указан в § 1.2: сначала по картам сейсмического районирова­ ния или по списку населенных пунктов, данных в приложении к гл. СНиП П-А. 12-69, определяют сейсмичность района строитель­ ства. Далее, на основе карт сейсмического мпкрорайонирования или по материалам общих инженерно-геологических изысканий ус­ танавливают уточненную сейсмичность площадки строительства.

В настоящее время карты сейсмического мпкрорайонирования имеются лишь для некоторых больших городов или площадок круп­ ных строек. Поэтому на практике приходится большей частью при­ бегать к менее точному, но и менее трудоемкому второму способу. Сейсмичность площадки строительства, установленная по материа­ лам общих инженерно-геологических изысканий, должна быть сог­ ласована с утверждающей проект инстанцией. Для особо ответст­ венных сооружений (внеклассных или больших мостов, крупных тоннелей), возводимых в сложных инженерно-геологических усло­ виях, может быть поставлен вопрос о специальном проведении микросейсморайонирования территории с применением в необходи­ мых случаях инструментальных методов исследования (см. § 1.2). Такие работы поручаются научно-исследовательским организациям по сейсмостойкому строительству. Практика возведения крупных гидротехнических комплексов показывает, что, несмотря на значи­ тельные затраты средств и времени, микрорайонирование во мно­ гих случаях дает существенный экономический эффект за счет сни­ жения балльности отдельных микрозон, более рационального раз­ мещения сооружений на местности и соответствующего снижения

98

строительной стоимости объекта. При этом повышается также до­ стоверность принятой сейсмичности площадки строительства мостов.

Общие принципы уточнения сейсмичности территории в зависи­ мости от местных инженерно-геологических условий были освеще­ ны в § 1.2. Приведем здесь несколько практических замечаний.

1. Для уточнения сейсмичности площадки строительства по материалам общих инженерно-геологических изысканий в СНпП П-А.12-69 дана таблица изменения силы землетрясения в зависимости от характера грунтов и глубины уровня грунтовых вод [132, п. 1.5, табл. 1]. Эти факторы действительно играют весьма важ­ ную роль в локальном проявлении силы землетрясения. Однако имеется еще целый ряд факторов, не учитываемых таблицей в явной форме.

Таковы рельефные, тектонические, стратиграфические и другие условия, перечисленные в примечании к таблице. Кроме того, сама таблица характеризуется некоторой условностью. Поэтому ею надо пользоваться с осторожностью.

Рекомендуется уточнять сейсмичность площадки строительства с учетом всего комплекса указанных условий и в сложных случаях привлекать для окончательного решения вопроса специальные ор­ ганизации.

2. При уточнении сейсмичности площадки строительства исходят из общей сейсмичности района, указанной на картах сейсмического районирования (или в списке населенных пунктов), данных в СНиПе. В § 1.2 отмечалось, что сейсмичность района на картах от­ несена к средним геологическим условиям (песчано-глинистые грун­ ты с низким стоянием грунтовых вод). Однако это не во всех слу­ чаях так. Для некоторых пунктов указанная сейсмичность отнесена к грунтовым условиям, преобладающим на их территории. Так, на­ пример, для большинства пунктов Черноморского побережья харак­ терно постоянное высокое стояние грунтовых вод. Сейсмичность района, данная в СНиПе, отнесена именно к этим условиям. Поэто­ му при уточнении сейсмичности площадок строительства в этих пунктах повышать сейсмичность за счет высокого стояния грунто­ вых вод (см. табл. 1 СНиП П-А.12-69) не следует.

Учитывая вышесказанное, при уточнении сейсмичности площад­ ки строительства рекомендуется в сомнительных случаях с помощью специальных организаций выяснить, к каким грунтогеологическнм условиям относится исходная сейсмичность района.

3. Сейсмичность площадки строительства искусственного соору­ жения принимают, как правило, единой на всем ее протяжении. Од­ нако в некоторых случаях площадки строительства могут иметь резко неоднородные инженерно-геологические условия по длине протяженного сооружения (большие мосты, крупные тоннели). Так, например, грунтогеологическне условия в русле реки нередко резко отличаются от условий на поймах; тоннели могут прорезать участки горных массивов различного строения и т. д. В таких условиях мо­ жет оказаться целесообразным разделить строительую площадку на отдельные микрозоны, соответствующие крупным участкам со-

оруженпя (русловая часть моста, подходные эстакады) Для каж­ дой микрозоны можно назначить свою сейсмичность в соответствии с фактическими инженерно-геологическими условиями в ее преде­ лах. Такое решение требует соответствующего обоснования и сог­ ласования с утверждающей проект инстанцией.

Некоторые дополнительные рекомендации по уточнению сейсмич­ ности площадки строительства можно найти в проекте Инструкции по проведению сейсмического микрорайонирования [84]. В настоя­ щее время разрабатывают новую редакцию этой Инструкции.

Сейсмичность площадки строительства, установленная выше­ указанным путем, определяет максимальную силу землетрясения, ожидаемую в ее пределах независимо от характера сооружения. Однако нецелесообразно в условиях равной сейсмичности площа­ док проектировать различные сооружения в расчете на землетря­ сения одной и той же силы. Очевидно, степень гарантий безопас­ ности сооружений при сейсмическом воздействии должна зависеть от их назначения, степени капитальности, срока службы, опасности последствий разрушения, объема вызванных этим убытков. Такой дифференцированный подход позволяет более рационально расхо­ довать средства на антисейсмические мероприятия в зависимости от характера сооружений и обеспечивает преимущественную защи­ ту более ответственных объектов.

Для учета вышеуказанных требований в наших нормах введено понятие расчетной сейсмичности сооружения. Расчетная сейсмич­ ность определяет расчетную (максимальную) силу землетрясения в баллах шкалы ГОСТ 6249—52, на которую проектируют сооруже­ ние. Очевидно, расчетная сейсмичность должна определяться в за­ висимости от сейсмичности площадки строительства и характера сооружения. Для сооружений обычного типа расчетную сейсмич­ ность приравнивают сейсмичности площадки строительства; для особо ответственных сооружений ее принимают выше, а для мало ответственных — ниже сейсмичности площадки1.2

Расчетная сейсмичность сооружений различного вида установ­ лена нормами. Указания по назначению расчетной сейсмичности дорожных искусственных сооружений приведены в табл. IV. 1. Они соответствуют табл. 11 СНиП П-А. 12-69 со следующими дополне­ ниями и изменениями: расчетная сейсмичность тоннелей принята на основе предложений ЦНИИСа [108]; указания о расчетной сейс-

1 Следует особо подчеркнуть, что речь идет именно об участках значительном протяженности. Закономерности локальных изменений силы землетрясения опреде­ ляются средними инженерно-геологическими условиями достаточно крупных зон. Нельзя, конечно, принимать различную сейсмичность для оснований соседних опор моста, если даже они сложены резко различными грунтами.

2 Такой подход аналогичен принятому при расчете мостов на воздействие водного потока, где вероятность превышения расчетного расхода водотока уста­ навливается в зависимости от характера и значимости сооружения. Однако коли­ чественные вероятностные характеристики силы землетрясения, определяемой рас­ четной сейсмичностью, в настоящее время не могут быть установлены из-за недо­ статка статистических данных о сейсмическом режиме.

100