СЕЙСМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ГРУНТОВ Г.АШХАБАДА ПО ДАННЫМ HVSR-АНАЛИЗА

Ю.Чарыев – сотрудник лаборатории «Инженерная Сейсмология»

НИИ сейсмостойкого строительства Министерства строительства и архитектуры Туркменистана

СЕЙСМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ГРУНТОВ Г.АШХАБАДА ПО ДАННЫМ HVSR-АНАЛИЗА

В эпоху могущества и счастья одним из главных приоритетов государственной политики Туркменистана является всемерное развитие отечественной науки и эффективное использование ее достижений в экономике страны, наращивание интеллектуального потенциала общества. Реализация грандиозных строительных проектов, осуществление надежного сейсмостойкого строительства во многом зависит от взаимодействия работы ученых и практиков. Это обуславливает динамику развития всех сфер народнохозяйственного комплекса. 

Исторически сложившаяся и развивающаяся инфраструктура городов страны не позволяет отказаться от дальнейшей эксплуатации, освоения сейсмически активных районов. Широкомасштабное строительство жилых и общественных зданий, объектов социально-культурного назначения, транспортных и др. магистралей требует проведения системных научно-исследовательских работ по анализу и оценке сложившейся сейсмической ситуации.

Общеизвестно, что если предотвратить или запретить землетрясения невозможно, то разрушительные их последствия можно свести к минимуму путем создания сейсмостойкого строительства, основанного на достоверной оценке сейсмической опасности и риска.

Мировой опыт обследования последствий сильных землетрясений показывает, что интенсивность их проявления неодинакова даже в пределах одного населенного пункта. Причиной тому являются локальные инженерно-геологические, гидрогеоморфологические и другие особенности грунтов оснований фундаментов, способные изменить силу подземного удара. Подобные явления наблюдались при различных землетрясениях, и особенно, при Ашхабадской катастрофе 1948 года.

В верхней части геологического разреза, называемой зоной малых скоростей, как правило, происходит изменение энергии ударной волны, что в конечном итоге определяет интенсивность проявления землетрясения на поверхности и служит основанием для оценки расчетной сейсмичности площадок проектируемого строительства объектов различного назначения. 

Результаты работ по сейсмическому микрорайонированию (СМР) территорий показывают, что уязвимость зданий и сооружений к колебаниям грунта, возникающие при землетрясении, можно оценивать по данным анализа записей природных микросейсмических колебаний (микросейсм), обычно так называемым «белым шумом». Это подтвердилось результатами апробации нового метода определения локальных сейсмических свойств грунтов в южной части современного г.Ашхабада на ул.Анкара (бывшая ул.Юбилейная) с использованием прибора для регистрации окружающего сейсмического шума – тромографа «TROMINO» («Micromed S.P.A.», Италия).

Обычно для изучения скоростного разреза грунтов по сдвиговой S-волне, используют дорогие и трудоёмкие сейсмические методы, применяя искусственные источники возбуждения поперечных сейсмических волн. По записям прибора «TROMINO», регистрирующего естественный фон помех, можно определить различные сейсмические параметры грунтов.

Принцип действия «TROMINO» заключается в следующем: В каждом пункте наблюдения сейсмические микроколебания грунта в диапазоне от 0,1Гц до 250 Гц. улавливаются высокочувствительным электродинамическим 3-х компонентным сейсмографом. Затем они усиливаются, преобразовываются в цифровую форму и записываются в память прибора. После регистрации эти сведения переносятся в память персонального компьютера, где по специальной программе «GRILLA» ведется обработка материалов наблюдений   программой  «GRILLA». На каждом пункте регистрация сейсмических шумов проводилась длительностью от 16 до 30 минут.  

Результаты инженерно-геофизических исследований на площадке по ул.Анкара включали в себя оценку преобладающих периодов и скоростного разреза по спектральному отношению горизонтальных к вертикальной компонент с сейсмического шума (HVSR-анализ). Средние значения скоростей распространения поперечных сейсмических волн  (Vs(0-30 m)) определялись для  верхней части геологического разреза (ВЧР) до глубины 30 метров.

Оценка сейсмических свойств грунтов предполагает изучение локальных резонансных явлений в осадочных породах, обычно называемых «сайт-эффектом», т.к. проявление резонанса может привести к существенному изменению интенсивности колебательного процесса в диапазоне частот от 0,3 до 15 Гц. Функция «сайт-эффекта» при небольших напряжениях может быть определена как спектральное отношение горизонтальной и вертикальной компоненте (H/V) движения грунта. Полагается, что на величину вертикальной компоненты фонового сейсмического шума не влияют особенности величин поверхностных слоев (ВЧР), представленных рыхлыми неустойчивыми породами.

Записи сейсмического («белого») шума получены также на участке от ул.10 лет Абаданчалык до ул.Огузхана. Обзор данных, их обработка и анализ были осуществлены также с использованием специализированного программного обеспечения «Grilla», включающего в себя программы для простого спектрального и HVSR-анализа, а также для построения синтетических кривых Н/V, основанных на моделировании поверхностных волн (Рэлея и Ляве) в области плоско-параллельных многослойных систем.

Программа «GRILLA» снабжена спектрально-временной диаграммой (Time-history), в которой окружающий сейсмический шум в течении всего наблюдения даёт возможность выделять и удалять возможные помехи, влияющие на качество проведения HVSR-анализа.

С помощью HVSR-анализа микроколебаний грунтов можно определить резонансную частоту fсдвиговой  S-волны в одном приповерхностном слое  осадочного  отложения. График функции HVSR  вычисляется  как  средние  значения спектров  горизонтальных  компонент,  делённых  на спектр вертикальной  составляющей  сейсмического  шума   (H/V).    В разрезе выделяются несколько слоёв различной мощности, отражающие на кривой (H/V) соответствующие пики и локальные минимумы.  

     Применяя   программу моделирования скоростного разреза (ПО) «GRILLA», которая основана на моделировании поверхностных волн (Рэлея и Ляве)  в области  плоскопараллельных  систем , можно подобрать и совместить (H/V) теоретическую (синтетическую) кривую (синяя) с  экспериментальной  кривой (красная), построенной  по материалам  измерений.

         На территории г.Ашхабада проведены полевые опытно-методические работы по одному из профилей по улице Анкара, измерения осуществлялись от просп. Абаданчылык до улицы Огузхана (ул. Айтакова).  Расстояние между пунктами регистрации (пикетами) выбрано около 150 метров.

По результатам HVSR-анализа сделаны следующие ВЫВОДЫ:

1. Построены обобщенные многослойные Vs-модели предполагаемого разреза 30 м. толщи грунтов.

2. Вычислены средние значения скоростей распространения Vs волн в верхней части геологического разреза до глубины 30 метров.

3.   Выделена малоамплитудная величина фундаментальной частоты колебаний грунта, приблизительно равная 1,6 Гц. на которой возможно некоторое усиление интенсивности колебаний грунта при землетрясениях.

Апробация методики HVSR-анализа подтверждают достоверность результатов оценки сейсмических свойств грунтов и перспективность ее применения на территории Туркменистана для целей сейсмостойкого строительства.