книги из ГПНТБ / Карапетян Н.К. Спектры сейсмических колебаний на территории Армении

ЬЫЬЬЬРЫЬЪ иЪЗШЩПЯ-МШ hWJSbSflhS

Ub3UUhH SUSirunblTbbPh

UiibHSPXibPC

« U 3 U I № p SbPhSnPhU3flhir

551 • 42 К 21

В работе приводятся результаты изучения спектрального соста­ ва сейсмических колебаний на территории Армянской ССР и приле­ гающих областей Азербайджана, Грузии, Ирана и Турции.

Получены амплитудные и энергетические спектры сейсмических волн при землетрясениях и сейсмовзрывных колебаний в различных грунтах, с учетом их непериодичностн. Установлена зависимость амплитудных и энергетических спектров сейсмических колебаний от эпицентрального расстояния, глубины н силы очага; исследовано за­ тухание максимального значения спектральной плотности амплитуды

сувеличением эпицентрального расстояния.

Вычислены приведенные сейсмические ускорения по записи коле­ баний при землетрясениях и взрывах и осуществлено их сравнение.

к 0295—046 110-72 703(02)—73

В В Е Д Е Н И Е

Среди современных методов изучения сейсмических явле­ ний спектральный анализ колебаний почвы занимает одно из ведущих мест, поскольку знание спектрального состава коле­

Поэтому, наряду с изучением спектральной реакции со­ оружений при землетрясении, следует также изучать спек­ тральный состав колебаний почвы.

Имея спектральный состав колебаний почвы, определяя спектральную кривую реакций сооружений и характеристики, учитывающие передачу сейсмического возмущения-от грунта фундаменту сооружений (взаимодействие между фундамен­ том сооружения и его основанием), можно получить правиль­ ную картину поведения сооружений при землетрясении.

При изучении сейсмичности до настоящего времени учи­ тываются такие факторы, как расположение эпицентров в пространстве и во времени, интенсивность очага, динамиче­ ские параметры очагов землетрясений, геологическое строе­ ние района, параметры сейсмического режима и т. д. Однако изучению сейсмичности данного района может значительно способствовать также знание преобладающих периодов и спектрального состава колебаний почвы этого района. В связи с этим появляется необходимость получения спектральных характеристик землетрясений в данном районе, установления зависимости спектров от энергии землетрясений, эпицентрального расстояния и глубины залегания очага, грунтовых и гео­ логических условий в местах расположения станций, а также от затухания сейсмических волн. При достаточной изучен­ ности этих вопросов спектральный состав колебаний почвы может стать одной из основных характеристик сейсмичности.

Практическое значение изучения спектрального состава ко-

5

лебаннй почвы заключается м в том, что, имея преобладаю­ щие периоды колебаний почвы, в случае проектирования неко­ торых сооружении, прецизионных установок п ряда других конструкций, обладающих незначительным затуханием, со­ здается возможность выбрать периоды свободных колебаний указанных сооружении таким образом, чтобы избежать су­ щественного нарастания амплитуды колебаний при землетря­ сениях.

Таким образом, проблема изучения сейсмических коле­ бании может быть в значительной мере разрешена путем при­ менения спектрального анализа. Спектральный анализ сейсми­ ческих волн позволит дополнить и уточнить наши представле­ ния о внутреннем строении Земли. Представляют также боль­ шой интерес изучение спектрального состава сейсмических колебаний почвы при взрывах и сравнение его со спектрами землетрясений.

В настоящей монографии обобщены результаты исследо­ ваний автора по спектральному анализу сейсмических колеба­ нии при землетрясениях и взрывах. Получены амплитудные' спектры сейсмовзрывных колебаний в различных грунтах: базальтах, супесях-суглинках и туфах. Определены преобла­ дающие периоды и максимальные значения спектральной плот­ ности амплитуды сейсмовзрывных колебаний в различных i рунтах и произведено их сопоставление. Построены ампли­ тудные спектры сейсмических волн при землетрясениях. Уста­ новлено, что спектры продольных, поперечных и поверхност­ ных волн отличаются. Получены энергетические спектры сей­ смовзрывных колебаний и сейсмических волн при землетрясе­ ниях. Определены максимальные значения спектральной плот мости энергии и вычислены величины, пропорциональные плот­ ности потока энергии для всех рассмотренных случаев. Прове­ дено исследование в спектральном представлении сейсмиче­ ского воздействия на территории Армении. Получены значения приведенных сейсмических ускорений во времени. Приведен­ ные сейсмические ускорения при взрывах и землетрясениях определены по сейсмограммам землетрясений и записям взры­

В работе использованы сейсмограммы сети сейсмических станций Кавказа, экспериментальный материал, полученный в- отделе инженерной сейсмологии Института геофизики и ин­ женерной сейсмологии АН Армянской ССР, а также данные литературных источников.

6

Г Л А В А I

С П Е К Т Р А Л Ь Н ЫЙ СОСТАВ КОЛЕБАНИЙ ПОЧВЫ ПРИ. ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ И ВЗРЫВАХ

Спектральный состав колебаний почвы можно получить двояко: 1) непосредственно во время колебательного процес­ са в результате его воздействия на определенный прибор, с помощью которого определяются амплитуда и частота каждо­ го из синусоидальных колебаний, входящих в состав сложно­ го колебательного процесса; 2) путем анализа записи ускоре­ ния, скорости или смещения колебаний почвы с применением аналитических, графоаналитических численных методов вы­ числения спектра, а также с помощью анализаторов различ­ ных систем. Первый способ получения спектров часто более эффективен, так как не связан с трудоемкими вычислительны­ ми работами. Вследствие огромного материала в виде сейсмо­ грамм, ежесуточно получаемых на сейсмических станциях

СССР, является целесообразным также использование второго способа получения спектра.

Исследования спектрального состава колебаний почвы •советскими и зарубежными учеными проводились двумя ме­ тодами: графоаналитическим и инструментальным.

Остановимся вкратце на некоторых исследованиях в этой области.

Концепция о преобладающем периоде колебаний грунта и спектра для данной местности впервые была высказана Секива в 1888 году [143].

Возможность возникновения колебания поверхностного слоя с собственным периодом, свойственным этому слою, была в 1930 г. математически показана К. Сезава [144].

Ишимото составлены графики частоты периодов для двух частей города Токио во время землетрясения 1931 г. в Хонго >и Мариноуци. В Хопго, расположенном на более плотных

9

грунтах, в большинстве случаев преобладали периоды около^ 0.25—0,30 сек; в Мариноуци, расположенном на аллювиаль­ ных грунтах, наблюдались двойные пики в пределах 0,2— 0,7сек '[123].

Ишимото проведены также акселерометрические наблю­ дения сейсмических колебаний в 10 местах в Токио и Иокога­ ма и определены преобладающие периоды для каждой мест­ ности [124]. Им же были проведены определения периодов,,

ставляют 0,25 и 0,75 сек, соответственно на глубинах 9,0 и 20,4 м [142].

Назу п Хагивара были определены периоды собственных колебаний грунта в Осака. Наблюдавшиеся преобладающиепериоды находились в пределах от 0,15 до 0,3 сек [140].

Гутенбергом проведено детальное изучение периодов сей­ смических, взрывных и микросейсмнческих колебаний в Юж­ ной Калифорнии и их сравнение с японскими и германскими данными [116]. Отмечено, что в эпицентре периоды состав­ ляют доли секунды. Они возрастают с увеличением эпицентрального расстояния. Наибольшее ускорение имеет место при периодах, меньших 0,5 сек, а наибольшее смещение соответ­ ствует периодам, большим 1,0 сек. Влияние геологической структуры в эпицентре на периоды колебаний незначительно. На поверхности некоторые преобладающие периоды превали­ руют н возрастают с увеличением эпицентрального расстоя­ ния, что Гутенберг объясняет свободными колебаниями слоевземной коры. В Южной Калифорнии на записях каждой сей­ смической станции отмечен индивидуальный период колеба­ ний от 0,1 до 6,4 сек.

В дальнейшем Гутенберг анализировал записи крутиль­ ных сейсмометров, которые были установлены в 20 местах, вокруг Пасадены [115]. В мягких грунтах на глубине 1000, 500 и 100 футов преобладающие периоды, соответственно, составляли 1,0; 0,5; 0,25 сек.

Определение сейсмического спектра с помощью механи­ ческого анализатора было проведено Био [107].

Кардером и Гилмором обследованы периоды колебаний в- западных штатах США, возбуждаемых микросейсмами, зем­ летрясениями, взрывами, транспортом, вибраторами [ПО] - Преобладающие периоды микросейсм в Калифорнии, опреде­ ленные ими, нах/одятся в пределах 0,17—0,70 сек.

Бнркенхауером проведен ряд экспериментов по измерению-

10