Файл: Пучков, С. В. Закономерности колебаний грунта при землетрясении.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2024
Просмотров: 50
Скачиваний: 0
А К А Д Е М И Я Н А У К СССР
ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им. О. Ю. ШМИДТА
С. В. Пучков
Закономерности колебаний грунта при землетрясении
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА;
МОСКВА
1974
I
I•
I
I
Гсс. |
г ■Зщ. |
|
|
научно- ,уI.*. |
НЕ .4 |
|
|
*.к~ ■ |
|
л * |
|
Ч . Ч', 'ID |
4v;
ч и т а л ь н о г о з а л а j
З о 6 / * Г
Закономерности колебаний грунта при землетрясении. П у ч к о в С.В. Изд-во 'Н аука'. М., 19 74 г., 1—120.
В монографии развита теория предельной зоны землетрясений на скальных породах, построена шкала балльности, отнесенная к различным грунтам; рас считаны спектры ускорений и скоростей колебаний частиц грунта и др. Разра ботана методика уменьшения сотрясений зданий и сооружений при землетрясе ниях, показано влияние верхнего слоя на интенсивность сейсмических колеба ний при землетрясениях, приведены выводы из теории колебаний слоя для сей смического микрорайонирования. Сделана попытка наметить основные принципы комплексного сейсмического районирования.
Издание рассчитано на сейсмологов, проектировщиков и строителей, заня тых решением проблем строительства сооружений в зонах повышенной сейсми ческой опасности.
Таблиц 22, иллюстраций 31, библиогр. 88 назв.
О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р
доктор технических наук А.З. К АЦ
П |
90 8 06 : 08 0 |
4 1 1 - |
74 |
© Издательство 'Н аука', 1 9 7 4 г. |
055 (02 )-7 4 |
|
|||
|
|
|
||
|
|
|
|
ПРЕДИСЛОВИЕ
Многие районы нашей страны подвержены землетрясениям. Сильные землетрясения, происходящие в этих районах, где проживает свыше 30 млн. человек и ведется большое промышленное и гражданское стро ительство, вызывают повреждения и разрушения зданий и сооружений. Таким, например, было Ашхабадское землетрясение 1948 г. Поэтому возникает необходимость совершенствовать проектирование зданий и сооружений для сейсмических районов с учетом силы будущих земле трясений.
Для этой цели требуются записи колебаний грунта при сильных зем летрясениях, которые должны быть положены в основу расчета нагру зок, действующих на здания и сооружения. Получением и интерпретаци ей этих землетрясений занимается инженерная сейсмология.
Взадачу инженерной сейсмологии входит также установление коли чественных данных о колебаниях грунта при сильных землетрясениях, получение спектров смещений, величин скоростей, ускорений и преобла дающих периодов колебаний. Эти данные позволяют создавать и совер шенствовать шкалу для оценки интенсивности землетрясения в баллах. Проведение инструментального сейсмического микрорайонирования уточ няет распределение интенсивности сейсмических колебаний при земле трясениях в районах строительства в зависимости от грунтовых условий.
Внастоящей работе на основе многочисленных последствий сильных землетрясений, происшедших в различных пунктах земного шара, уста навливается предельная сила землетрясений на скальных породах. По казывается, что на скальных породах сила землетрясения является наименьшей, порядка 7 -8 баллов. Увеличение силы землетрясения на 2 -3 балла происходит за счет рыхлых песчано-глинистых отложений. Это подтверждается характером распределения интенсивности сейсми ческих колебаний на различных грунтах при сейсмическом микрорайо
нировании.
В соответствии с этой теорией составлена шкала балльности земле трясений, отнесенная к различным грунтам, и построены спектры уско рений и скоростей, которые могут служить исходными данными для расчетов сейсмических нагрузок на здания и сооружения. Пример тако го расчета показывает, что предложенные спектры ускорений и скоро стей при землетрясениях находятся довольно точно и соответствуют Данным действительных наблюдений.
3
Исследована роль верхнего слоя земли в формировании интенсивно сти сейсмических колебаний при землетрясениях на поверхности земли.
Рассмотрены колебания некоторых инженерных сооружений при про хождении сейсмических волн землетрясений и взрывов. Развиты осно вы комплексного метода сейсмического районирования.
Книга не претендует на полноту исследования поставленных вопро сов. В ней автор изложил в основном свои представления по некоторым направлениям инженерной сейсмологии.
Глава 1
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРЕДЕЛЬНОЙ СИЛЫ
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
1.1. Общие сведения о сильных землетрясениях
Многочисленные обследования последствий разрушительных земле трясений показывают, что интенсивность землетрясений на различных горных породах весьма разнообразна. Однако среди этого разнообразия можно выделить два класса пород, которые в этом отношении наиболее резко разделяются между собой. К числу таких пород относятся, с од ной стороны, плотные скальные породы - базальты, граниты, извест няки и песчаники, с другой - рыхлые песчано-глинистые отложения. Последние покрывают плотные породы и занимают почти 75% поверх ности Земли.
Инструментальные исследования, проведенные автором в Туркмен ской ССР, с целью изучения влияния свойств различных грунтов на интенсивность сейсмических колебаний при местных слабых землетря сениях свидетельствуют о том, что при переходе от плотных скальных пород к песчано-глинистым отложениям сила землетрясений может увеличиваться на 2 -3 балла. Изучение повреждений зданий и сооруже ний вследствие сильных землетрясений подтверждает это положение. Рассмотрим данные о некоторых разрушительных землетрясениях [4 0 ].
Землетрясение 1692 г. на Ямайке. Территория г. Порт—Рояль, расположенного в зоне этого землетрясения, в геологическом отноше нии делится на две части: в одной развиты известняки, а в другой - рыхлые песчано-глинистые отложения. Здания, возведенные на плотных известняках, уцелели, между тем как постройки на гравии и песке бы ли разрушены. Сила землетрясения на известняках была 6 -7 баллов,
а |
на гравии и песке - около 9 |
баллов. |
|
|
Лиссабонское землетрясение |
1 ноября 1755 г. Территория города |
|
в |
геологическом отношении делится |
на две части: в одной развиты ал |
|
лювиальные отложения, а в другой - |
базальтовые породы. Здания, рас |
положенные в восточной части города на аллювиальных отложениях, были все разрушены. Здесь сила землетрясения была 9 -1 0 баллов. Западная часть города, находящаяся на твердых базальтах, пострадала незначительно. Сила землетрясения оценивалась в 6 -7 баллов.
Калабрийское землетрясение 1783 г. L73]. Наибольшие разруше ния наблюдались в той части г. Реджо-ди—Калабри, которая построена на новейших рыхлых наносах моря. Другая же часть, где постройки стояли на гранитах, пострадала меньше. В первом случае сила земле трясений оценивалась в 9 баллов, а во втором - 6 -7 балле®.
5
Красноводское землетрясение 1895 г. относится к сильным земле трясениям, происшедшим на территории Советского Союза за ближай ший исторический период. В районах Узун—Ада и восточнее, вблизи же лезнодорожной станции Михайловская, преобладает мощная толща пес чано-глинистых отложений. По данным гидрологической экспедиции, уровень стояния грунтовых вод в этих районах порядка метра. Многие деревянные постройки были повреждены, рельсы железнодорожной вет ки искривлены. Сила землетрясения была 9 -1 0 баллов.
Часть Красноводска расположена на плотных породах. При земле трясении обрушений зданий там не было. Сила землетрясения, по-ви димому, была около 7 баллов.
Ахалкалакское землетрясение 19 декабря 1899 г. Полностью были разрушены все населенные пункты в аллювиальной озерной котловине. Селения, которые были расположены около ее окраины на коренных по родах, сохранились. В домах появились лишь трещины и осыпалась штукатурка. В поселке Хартвис школа, стоявшая на наносах, разруши лась, а расположенная рядом на базальтах крепость уцелела. В первом случае сила землетрясения была 9 баллов, во втором — 7 баллов.
Андижанское землетрясение 1902 г. [6 6 ]. Его эпицентр находился в районе г. Андижана, где развиты лёссовые отложения, переслоенные галечниками, и плотные третичные конгломераты - "адыры". Населен ные пункты, расположенные на адырах, в области наисильнейших сотря сений, пострадали незначительно. Сила землетрясений не превосходила 7 баллов^ Расположенные на лёссе г. Андижан и кишлаки были сильно разрушены. Сила сотрясений оценивалась в 8 -9 баллов.
Калифорнийское землетрясение 18 апреля 1906 г. [8 3 ]. Площадь сотрясения была несколько тысяч квадратных километров. По данным Вуда распределение интенсивности землетрясения между геологически ми средами происходит в соответствии с указанной выше закономерно стью. На рыхлых отложениях сила землетрясений доходила до 10 бал лов, а на плотных известняках была 7 -8 баллов.
Каратагское землетрясение 1907 г. [8 ]. При этом землетрясении отмечалось, что даже плохие дома, построенные на плотных песчани ках, сохранились, а более прочные здания, возведенные на наносах, разрушились. Сила землетрясения на плотных породах была 6-7 баллов, на рыхлых грунтах - около 9.
Землетрясение в районе Мессины 28 декабря 1908 г. [3 3 ]. Наи более серьезные разрушения наблюдались в пониженных частях города, рядом с морем, где развиты аллювиальные отложения. Возвышенная часть города, расположенная на кристаллических породах, была незна чительно разрушена. Сила землетрясения в первом случае оценивалась в 9 -1 0 баллов, а во втором - 7 -8 баллов. Характер распределения интенсивности землетрясения показан на рис. 1.
Токийское землетрясение 1 сентября 1923 г. (рис. 2 ). Верхняя часть города, называемая Ханго, расположена на плотных делювиаль ных породах, а нижняя часть - Хитотсубаши - на рыхлых песчано-гли нистых отложениях мощностью 2 0 -3 0 м.
6
Р и с. 1. Мессинское землетрясение 1908 г.
1 - современный нанос, 2 - делювий, 3 - кристаллические породы
Ри с. 2. Токийское землетрясение 1923 г.
1 - аллювий, 2 - плотные породы
Установлено, что интенсивность землетрясения в нижней части го рода превышала интенсивность землетрясения в верхней части в 1 ,5 - 2 раза. Судя по количеству разрушенных зданий, в верхней части го рода сила землетрясения была около 7 -8 баллов, а в нижней - оцени валась в 9 -1 0 баллов. Примерное распределение грунтовых условий представлено на рис. 2.
Тазимское землетрясение 23 мая 1925 г., побережье Японского моря. В результате этого землетрясения было разрушено 34 0 0 зданий. Сила землетрясения в эпицентре была около 9 баллов. Сильнее были разрушены постройки, возведенные на третичных и четвертичных отло жениях. Здания, построенные на плотных породах - гранитах и липари тах, были повреждены незначительно (примерно на 5%). Это соответ ствует силе сотрясения около 6-7 баллов.
Крымское землетрясение 1927 г. По данным В.В. Попова в г. Алуш та наиболее разрушены постройки на насыпных грунтах при неглубоком стоянии грунтовых вод и на современных морских водонасыщенных песчано-глинистых отложениях. Сила землетрясения на грунтах оцени валась в 7 -8 баллов, а на выходах скальных пород — в 5—6 баллов.
Фукуйское землетрясение 28 июня 1946 г. По данным японских исследований 185, 86] этот район сложен песчано-глинистыми отло—
7
Ри с. 3. Фукуйское землетрясение
28 июня 1946 г.
1 |
- аллювий мощностью 9 5 -1 4 5 м, |
2 - |
плотные породы |
жениями и плотными породами - гранитами, известняками и песчани ками. Обследование последствий землетрясений показало, что 75% зданий и сооружений, расположенных на песчано-глинистых отложениях, было разрушено. По шкале балльности это соответствует примерно 9 баллам. На плотных коренных породах установлено только 5% разру шений, что отвечает 6—7 баллам по шкале балльности. Сопоставление разрушений с характером горных пород представлено на рис. 3.
Ашхабадское землетрясение 6 октября 1948 г. По данным работы [5 7 Г эпицентр этого землетрясения тяготеет на юго-восток от Ашха бада к Куру-Гаудану. В геологическом отношении область землетрясе ния делится на две части: горные районы Копетдага, сложенные плот ными породами - известняками и песчаниками, и район Прикалетдагского прогиба, где развиты мощные толщи четвертичных песчано-гли-
стых отложений. |
|
|
Сила землетрясения на рыхлых отложениях была 9 -1 0 |
баллов, |
а |
на плотных породах в районе Фирюзы она не превышала 7 |
баллов. |
Ха |
рактерно, что часть Ашхабада, расположенная на галечниках вблизи горного района Копетдага, пострадала меньше, чем район железнодо рожной станции, находящийся на толще песчано-глинистых отложений.
Хаитское землетрясение 10 июня 1949 г., сопровождавшееся об валом больших земляных масс, оторвавшихся от разломившейся горы. Его эпицентр находился в районе г. Хаита, расположенного в устье р. Обикабут при впадении ее в р. Сурхоб. На территории города, ос
тавшейся свободной от завала, там, где преобладали мощные лёссовые и песчано-глинистые отложения, все здания были разрушены. На левой
8