Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта №
| 1.3.2 Влияние литологического и гранулометрического состава пород 1.3.3 Гидрогеологические факторы и мерзлота |
Смотрите также:
- Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта №
- Отчет о выполнении 3 этапа Государственного контракта №
- Отчет о выполнении 3 этапа Государственного контракта №
- Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта №
- Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта №
- Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта №
- Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта №
для скальных грунтов – по петрографическому составу и степени выветрелости;
для крупнообломочных грунтов – по гранулометрическому и петрографическому составу, количеству песчано-глинистого заполнителя, степени влажности и плотности;
для песчаных грунтов – по гранулометрическому составу, плотности сложения и степени влажности;
для глинистых грунтов – по гранулометрическому составу (числу пластичности), показателю консистенции, коэффициенту пористости и плотности.
Материалы макросейсмического исследования многих крупных землетрясений показали, что однотипные здания и сооружения, воздвигнутые на различных грунтах в пределах одного населенного пункта, испытывают различное действие землетрясений. Исследования в этом направлении очень активно проводились в середине прошлого столетия [] в связи с развитием сейсмологических наблюдений и проведением большого объема работ по сейсмическому районированию в наиболее сейсмоактивных районах. К примеру, интенсивность Чаткальского землетрясения 2 ноября 1946 г. [] на участке, сложенном молодыми аллювиальными супесчано-суглинистыми отложениями речной террасы, была на один балл больше, чем на участке, сложенном плотными глинами. В этом же районе участки, сложенные плотными скальными породами, имели интенсивность на единицу меньшую. А в одном из районов села Артик на участке, сложенном песчано-гравийными отложениями, интенсивность этого землетрясения была на один балл больше, чем на участке, имеющем плотные известняки мелового возраста []. После изучения последствий Газлийского землетрясения 8 апреля и 17 мая 1976 г. было установлено, что здания и сооружения в г. Газли, построенные на песчано-глинйстых породах с высоким положением уровня грунтовых вод, сильнее разрушились, чем на участках, сложенных глинами. Разности между участками составили 1,0-1,5 балла. Результаты макросейсмических обследований Исфара-Баткенского землетрясения 31 января 1977 г. показывают, что на участках, расположенных на аллювиально-пролювиальных супесчано-суглинистых отложениях, интенсивность на один балл больше, чем на участках, состоящих из плотных коренных пород []. При Хаитском землетрясении 10 июня 1949 г. выявлено повышение интенсивности сотрясения на 1 балл на плотных коренных породах, покрытых рыхлыми наносами песков и супесей мощностью 2-4 м, в отличие от рыхлых грунтов, имеющих большую (10 м) мощность. Влияние литологического состава пород на интенсивность сотрясения также установлено инструментальными исследованиями, проведенными при сейсмическом микрорайонировании территории ряда крупных городов и площади гидротехнических сооружений. В общем случае различие интенсивности колебаний на грунтах разного состава объясняется их физическими свойствами, объективно влияющими на характер распространения сейсмических волн. Прежде всего, это плотность пород и скорость распространения волн. Известно, что амплитуда колебаний в среде обратно пропорциональна величине любого из этих параметров, в связи, с чем на более плотных коренных породах здания и сооружения страдают значительно меньше, чем на рыхлых и менее плотных. На основании интерпретации многочисленных материалов по сейсмическому микрорайонированию С.В. Медведев (1962) разработал таблицу приращения сейсмической интенсивности в зависимости от литологического состава грунтов. Интенсивность землетрясений по этой таблице увеличивается на 4 балла при переходе сейсмической волны от безводных скальных гранитов к обводненным насыпным и почвенным грунтам. Эта таблица приращения сейсмической интенсивности в зависимости от типа грунтов уточняется и дополняется СНиП II-7-81* []. В целом можно отметить, что для разных типов грунтов изменчивость их свойств, а соответственно и интенсивность, оценивается по следующим показателям: ^ Изменение интенсивности сейсмических колебаний на земной поверхности в значительной мере обусловлено гидрогеологическими условиями, в частности, глубиной залегания грунтовых вод (уровень грунтовых вод – УГВ), степенью влажности самих грунтов и мощностью водонасыщенной толщи []. Опыт исследований, проведенных в некоторых городах страны [], показывает, что заметное повышение интенсивности сейсмических колебаний происходит при уровне грунтовых вод менее 10 м. Так, при исследовании распределения интенсивности сейсмических воздействий в г.Ашхабаде оказалось, что изменение интенсивности землетрясения 6 октября 1948 г. в общем, согласуется с изменением глубины залегания уровня грунтовых вод. Причем в делювиально-пролювиальных суглинках изменение УГВ на глубине больше 10 м. на величине сейсмического эффекта практически не сказывалось. При повышении УГВ от 10 до 4 м интенсивность сотрясений возрастала на полбалла []. В результате изучения последствий землетрясений в одном из районов Кавказа установлены грунты с последовательно улучшающейся сейсмической характеристикой. Худшими были грунты пойменной террасы, представленные крупнообломочными фракциями сланца и песчаников, в которых грунтовые воды залегают на глубине около 2 м., а также современные морские и аллювиальные песчано-галечниковые отложения. Разница в сейсмической интенсивности для худших и лучших грунтов составила 2 балла. Весьма ценный материал получен при изучении последствий землетрясения 11 сентября 1927 г. в Алуште (Крым). Худшими оказались насыпные грунты, примыкающие к первой пойменной террасе, где глубина грунтовых вод 2-3 м., а также современные водонасыщенные морские аллювиальные песчано-галечниковые отложения. Различие по степени повреждения зданий, расположенных на худших и лучших грунтах, составляло 3 балла. В Японии проведены наблюдения в провинции Тотоми (Ooba S., 1957), наиболее пострадавшей от Тонанкайского землетрясения 7 декабря 1944 г., расположенной на расстоянии 150-220 км. от эпицентра. Значительные разрушения наблюдались в долинах, где глинистые заболоченные отложения тянутся вдоль нижнего течения рек. В среднем повреждение зданий для различных грунтов составляет: для водоносных глинистых – 26%, для гравия – 1,4%, для песчаных дюн – 3,5%, для скальных – 0,2%. Влияние глубины залегания уровня грунтовых вод на сейсмический эффект землетрясения на земной поверхности подтверждается также и инструментальными методами. В работе [] при сейсмическом микрорайонировании применены инструментальные исследования. Анализ полученных данных показывает, что амплитуда колебаний на обводненных грунтах в 3,5-4 раза превышала амплитуду колебаний на скальных, что соответствовало приращению в 1,5-2 балла. Инструментальные исследования, проведенные при сейсмическом микрорайонировании городов Алма-Ата, Фрунзе, Ашхабад, Джамбул, Душанбе, Петропавловск-на-Камчатке, Махачкала и курортных зон побережья Черного моря свидетельствуют, что худшие в сейсмическом отношении суглинисто-супесчаные и песчаные отложения с близким залеганием грунтовых вод. К примеру, для лессовых грунтов зависимость приращения интенсивности от УГВ имеет вид, представленный на рисунке 5.  Рисунок 5 - Зависимость приращения сейсмической интенсивности на лёссовых грунтах от глубины УГВ []. При проведении работ по СМР очень часто приходится сталкиваться с проблемой прогнозирования сейсмической интенсивности для водонасыщенных грунтов. С.В. Медведевым [] на основании макросейсмических данных была предложена следующая эмпирическая зависимость для определения изменения интенсивности от глубины залегания уровня грунтовых вод h (м):  , (1)где а – коэффициент, равный 1 для песчаных грунтов, пластичных и текучих супесей, мягкопластичных, текучепластичных и текучих суглинков и глин; 0,5 – для твердых супесей, твердых, полутвердых и тугопластичных суглинков и глин, крупнообломочных грунтов с содержанием песчано-глинистого заполнителя не менее 30% и сильновыветрелых скальных пород; 0 – для плотных крупнообломочных грунтов из магматических пород с содержанием песчано-глинистого заполнителя до 30% и слабовыветрелых скальных и других грунтов На интенсивность прохождения сейсмических волн кроме глубины залегания уровня грунтовых вод влияет также и влажность пород. Особенно этот фактор актуален для лессовых пород. Специфика свойств лессовых грунтов (сравнительная однородность гранулометрического и минералогического состава, недоуплотненность, т. е. способность грунта уплотняться при ослаблении структурных связей, зависимость плотности и прочности структурных связей от влажности) приводит к тому, что среди набора факторов, влияющих на физико-механические свойства лессовых грунтов, влажность является одним из наиболее существенных. Состояние воды в лессовых грунтах своеобразно. Если для глин характерна связанная, а для песков – гравитационная (свободная) вода, то в лессовых грунтах наблюдается сочетание различных видов воды. Поэтому возникло представление о парагенетических комплексах видов воды в грунтах. В лессовых грунтах различают [] комплексы: малоподвижный (W<10%), диффузионный (10%< W< 8%), капиллярный (18% < W<25%) и гравитационный (W>25%). Вода разных парагенетических комплексов обладает различной подвижностью и поэтому по-разному влияет на свойства грунтов. В работе А.Н. Вахтановой (1973 г.) [] отмечается, что с увеличением влажности наблюдается закономерное увеличение средних значений скорости упругих волн. В пределах изменения влажности от 0 до 12-14% скорости распространения продольных сейсмических волн заметно не изменяются. Скорость возрастает с ростом влажности. При влажности более 25-28% наблюдается резкое увеличение скорости до 1300 м/с. Характер зависимости скорости продольных волн VP от весовой влажности WC у глин с разным минералогическим составом несколько различен. У майкопских глин монтмориллонит-гидрослюдистого состава зависимость VP от WC более резко выражена, чем у монтмориллонитовых глин Калмыкии. Можно считать, что уменьшение скоростей VP в образцах при увлажнении связано в первую очередь с уменьшением объемной массы скелета. Уменьшение VP при возрастании WC у глин может быть связано также и со снижением прочности структурных связей. Зависимости VP от влажности на образцах глин естественного сложения и на глинистых пастах [] существенно различаются. При повышении влажности закономерность изменения VP в глинистых пастах почти такая же, как и в песках (рисунок 6). Отличие наблюдается только в области значений влажности, соответствующей примерно максимальной молекулярной влагоемкости, где наблюдается локальное повышение скорости VP.  Рисунок 6 - Зависимость скорости продольных волн в глинистых грунтах от влажности: 1, 2 – от объемной влажности WV; 3, 4 – от весовой влажности WC. 1 – песок, КП = 40 %; 2 – гидрослюдисто-каолиновая паста КП = 52 %; 3, 4 – образцы выветрелой майкопской глины естественной структуры из района: 3 – Кавказских Минеральных Вод, 4 – Калмыкии []. Отдельного рассмотрения заслуживает фактор мерзлотности пород. Свойства мерзлых грунтов определяются, прежде всего, их температурой и соотношением таких компонентов, как твердые минеральные частицы, включения льда, незамерзшей воды и газа [, ]. Изменение температуры мерзлых грунтов приводит к нарушению динамического равновесия незамерзшей воды и льда и к резкому изменению свойств грунта []. Меняется в этом случае и реакция мерзлых грунтов на сейсмические воздействия. В результате изучения динамики сейсмических свойств мерзлых грунтов при нарушении равновесного состояния установлены определенные взаимосвязи между механическими, физическими и сейсмическими параметрами мерзлых грунтов. По данным лабораторных измерений [] для конкретных типов грунтов при совместном анализе таких параметров, как объемный вес, пористость, влажность (льдистость), температура, скорости распространения сейсмических волн, удельное электрическое сопротивление, динамические модули упругости, коэффициент Пуассона и пределы прочности при кратковременном сжатии и растяжении, получены зависимости, которые могут характеризовать сейсмическую опасность мерзлых грунтов. Скорости VP и VS возрастают при увеличении влажности (льдистости) (рисунок 7) так же, как и прочность грунта. Поэтому эти параметры могут описывать снижение сейсмической опасности мерзлых грунтов, вызванное усилением связей за счет их цементации льдом. Однако увеличение прочности, а следовательно, и снижение сейсмической опасности за счет отрицательной температуры, по сравнению с увеличением льдистости, будет неравнозначно оцениваться скоростями сейсмических волн. Связано это с тем, что за счет льдистости VP и VS увеличатся на порядок, а за счет изменения температуры (от 0 до -10°С) – всего на 5-20%, т. е. изменения скоростей сравнимы с ошибками их определений в полевых условиях. В то же время сейсмическая опасность мерзлых грунтов за счет отрицательных температур меняется до 1 балла []. Из этого можно заключить, что скорости сейсмических волн являются неустойчивыми параметрами оценки сейсмической опасности мерзлых грунтов с различной температурой. Динамические модули упругости (модуль Юнга, модуль сдвига) хорошо коррелируются со скоростями сейсмических волн, и поэтому эти параметры имеют ту же значимость для оценки сейсмической опасности мерзлых грунтов, как VP и VS.  Рисунок 7 - Изменение скоростей продольных и поперечных волн (2) и их отношений (1) от температуры и влажности (льдистости) для различных типов грунтов: а – грубообломочные; б – пески; в – супеси; г – суглинки []. По коэффициенту Пуассона () и отношению скоростей сейсмических волн можно независимо оценивать сейсмическую опасность мерзлых грунтов только при достаточно надежном определении VP и VS. Однако при проведении различных инженерно-сейсмологических расчетов и при построении сейсмических моделей для оценки параметров колебаний мерзлых грунтов при сильных землетрясениях [] необходимо учитывать установленные закономерности изменения и VP/VS от температуры и влажности (льдистости) мерзлоты. Удельное электрическое сопротивление растет с понижением температуры и хорошо коррелирует с увеличением прочности мерзлых грунтов на сжатие и разрыв. Большой диапазон изменения этого параметра от температуры и влажности позволяет непосредственно использовать для прогноза параметров колебаний мерзлых грунтов при землетрясениях.
|
