Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посетите Сервер по Физике Обратите внимание!
 
  Наука >> Физика >> Специальные разделы >> Геофизика | Популярные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

Анонсы конференцийПрограмма молодежной конференции "Современные вопросы геологии", 2-е Яншинские чтения, Институт литосферы окраинных и внутренних морей РАН, 26-29 марта 2002 года

Анонсы конференцийIV ый Севастопольский Международный семинар "Фундаментальные и прикладные проблемы мониторинга и прогноза стихийных бедствий"

Анонсы конференцийМеждународная конференция ДЕГАЗАЦИЯ ЗЕМЛИ: геодинамика, геофлюиды, нефть и газ ( памяти академика П.Н.Кропоткина )

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ И ДИНАМИКА ГРУНТОВ

Е. А. Вознесенский. Московский Государственный Университет
Опубликовано в Соросовском Образовательном Журнале, N2, 1998, cтр.101-108

Оглавление


ПОВЕДЕНИЕ ГРУНТОВ ПРИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ И ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЙ

    Как видно из табл. 2, массовая гибель людей при разрушительных землетрясениях случалась в разные исторические эпохи и при разном уровне развития строительного дела. Еще около 10 года до н.э., во времена Августа, будущий император Тиберий, по сообщению Светония, "поддержал перед сенатом просьбу городов Лаодикеи, Фиатиры и Хиоса, пострадавших от землетрясения и умолявших о помощи". Между тем причины, вызывающие разрушения сооружений и человеческие жертвы, могут быть разнообразны. Так, землетрясение Кванто (табл. 2) 1923 года, разрушившее Токио и Иокогаму, сопровождалось пожарами, которые и вызвали огромное число жертв: японские деревянные дома с внутренними перегородками, затянутыми бумагой, традиционно отапливаются открытыми жаровнями с древесным углем, которые, естественно, переворачиваются при землетрясении. Водопроводные системы тоже выходят из строя. Разрушение Сан-Франциско при землетрясении 18 апреля 1906 года с М = 7,7 также во многом связано с последовавшими пожарами. В прибрежных районах сейсмические толчки часто сопровождаются цунами, как это произошло при Мессинском землетрясении 1908 года в Италии и Лиссабонском землетрясении 1755 года (табл. 2). Но основная масса несчастных случаев связана с разрушением самих зданий. Отчего же это происходит?
Сейсмический толчок вызывает низкочастотные колебания сооружений. Поскольку они обладают большой массой, то при колебаниях возникают значительные силы инерции, в результате чего в различных местах конструкций генерируются высокие механические напряжения (сжатия-растяжения и сдвига), которые могут превысить прочность материала в том или другом месте и привести к повреждениям или даже к обрушению всего сооружения. Поэтому в сейсмичных районах возводятся здания с антисейсмическим усилением в уязвимых местах конструкции. Проектирование осложняется тем, что в зависимости от спектра толчка, угла подхода волн к поверхности, типа и жесткости сооружения, формы и глубины заложения фундамента и других факторов могут одновременно возбуждаться разные пространственные формы (или моды) колебаний как сооружения в целом, так и его конструктивных частей (рис. 3).

Рис.3. Моды колебаний
Рис. 3. Моды колебаний (пояснения в тексте).

    В общем случае сооружение как свободное тело в пространстве имеет шесть степеней свободы и соответствующие им разные пространственные формы, или моды колебаний: три простых поступательных перемещения (вертикальное - 1 и два горизонтальных - 2, 3 ) и три вращательных перемещения: маятниковые колебания, или боковая качка, - колебания вокруг продольной оси (4 ); галопирование, или продольная качка, - колебания вокруг поперечной оси (5 ); виляние - колебания вокруг вертикальной оси (6 ). Вибрации произвольного сооружения с фундаментом являются результатом наложения разных мод колебаний, для каждой из которых существует собственная частота колебаний.   

    Очевидно, что на колебания сооружения влияют и грунты, на которых оно стоит. Важнейшей задачей при расчете колебательной системы сооружение-основание по всем модам является прогноз ее резонансных частот и пиковых амплитуд смещения, рассматриваемых как предельные - самые неблагоприятные условия работы сооружения. Дело в том, что в спектре сейсмической волны присутствуют колебания с частотами, близкими к собственной частоте ряда сооружений, которая для разных мод часто составляет от долей до первых герц (характерные периоды от 0,2 до 2 с). При возникновении резонанса резко возрастают напряжения по контакту фундамента с грунтом, а также в самой конструкции сооружения и вероятность его разрушения повышается. Особенно опасно резонансное усиление маятниковых колебаний - когда центр тяжести сооружения значительно удален от точки его опоры, что характерно для мостовых опор, труб и высотных зданий вообще.
    Итак, сейсмический эффект определяется в основном тремя параметрами: уровнем амплитуд, преобладающим периодом и продолжительностью колебаний. Последний фактор может иметь решающее значение для устойчивости сооружений, и кратковременная нагрузка даже с весьма высоким ускорением может оказаться неопасной для многих из них. Показательна запись, полученная у Паркфилда при Калифорнийском землетрясении 27 июня 1966 года: максимальные ускорения на поверхности достигали 0,5g, что соответствует 10-балльному толчку, но из-за краткости воздействия не было существенных повреждений зданий. А длящееся сравнительно долго (несколько десятков секунд) малоамплитудное воздействие может привести к серьезным разрушениям. Яркий пример этого - полное разрушение многоэтажных зданий в центре Мехико при землетрясении 28 июля 1957 года с максимальными ускорениями лишь 0,05-0,1g.
    Задача усложняется плохо прогнозируемыми эффектами резонансного усиления сейсмических колебаний рыхлыми приповерхностными грунтами: в зависимости от их типа и мощности пластов колебания одних частотных интервалов могут избирательно усиливаться, а других практически полностью поглощаться. Явление это связано с возбуждением собственных колебаний самого пласта вблизи свободной поверхности в волнах данного типа. Так, при землетрясении Лома Приета в Калифорнии (1989 год) с М = 7,1 более всего пострадала часть Сан-Франциско, расположенная на молодых морских глинистых отложениях. Сейсмограммы показали, что по сравнению с другими участками амплитуды сейсмических колебаний на этих грунтах были усилены в 6-10 раз для колебаний с частотами около 1 Гц и в 2-3 раза с частотами 3-5 Гц. Собственные же частоты многих разрушенных 3-4-этажных домов составляли как раз 2,5-3 Гц. Еще более драматичен пример Мехико, расположенного в 300 км от эпицентра землетрясения 1985 года с М = 8,1. В отдельных частях города резонансное усиление сейсмических колебаний с периодами около 2 с достигло 75 раз. Это привело к избирательному тотальному разрушению 15-25-этажных зданий с близкими резонансными периодами и к гибели 10 тыс. человек.

Назад| Следующая страница


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования