Вплив осадової товщі на сейсмічні коливання вільної поверхні території Ташлицької ГАЕС

Abstract

Мета. Метою роботи є дослідити вплив фільтрувальних властивостей осадової товщі на сейсмічні коливання будівельних або експлуатаційних майданчиків розміщених на території України. Методика. Проаналізовано вплив фізико-механічних властивостей осадової товщі на сейсмічний ефект на поверхні в межах території Ташлицької гідроакумулювальної електростанції (ГАЕС) за можливих сейсмічних впливів з різними максимальними піковими прискореннями, які з імовірністю 99% не будуть перевищені за найближчі 50 років. Перевірено твердження, згідно з яким зменшення товщини осадового шару завжди покращує сейсмічні умови будівництва. Результати отримано за допомогою моделювання реакції ґрунтової товщі на сейсмічні впливи з використанням програмного продукту ProShake. Під час моделювання поведінка кожного шару сейсмогеологічної моделі ґрунтової товщі задавалася моделлю Кельвіна–Фойгта (в’язко-пружною). Кожний шар сейсмогеологічної моделі ґрунтової товщі характеризувався такими параметрами, як: товщина шару, густина, швидкості поздовжніх і поперечних хвиль, нелінійними залежностями модуля зсуву і коефіцієнта поглинання від зсувної деформації. Використання при розрахунках залежностей модуля зсуву і коефіцієнта поглинання від зсувної деформації дають змогу врахувати нелінійну реакцію ґрунтової товщі на сейсмічні впливи. Наукова новизна. Показано, що зменшення товщини осадового шару під будівельним майданчиком, не завжди зменшує значення параметрів сейсмічних впливів. Рентабельність з усунення верхнього пухкого осадового шару слід оцінювати у кожному конкретному випадку. Проектувальникам слід враховувати інформацію про фільтрувальні властивості ґрунтової товщі під будівельним майданчиком, вибираючи параметри проектованих споруд такими, що забезпечують їхню максимальну стійкість за сейсмічних впливів. Зміна параметрів ґрунтових умов на будівельному майданчику може істотно вплинути на сейсмічний ефект на його поверхні. Практична значущість. Отримані дані про фільтрувальні властивості ґрунтової товщі на кожній із ділянок досліджуваної території, для якої визначають кількісні характеристики сейсмічної небезпеки, дають змогу одночасно забезпечити стійкість проектованих об’єктів і істотно зменшити вартість сейсмостійкого будівництва за рахунок уникнення резонансного підсилення осадовою товщею сейсмічних коливань на власних періодах проектованих споруд.

Purpose. The aim of the paper is to study the influence of the filtering properties of the sedimentary strata on the seismic vibrations of construction or operational sites located in the territory of Ukraine. Methodology. The effect of the physical and mechanical properties of the sedimentary strata to the seismic effect on the free surface of the Tashlyk HEPSPP territory under possible seismic impacts with various maximum peak accelerations, which with a probability of 99% will not be exceeded for the next 50 years, is analyzed. The assertion was confirmed that the reduction of sediment thickness always improves the seismic conditions of construction. The results are obtained by simulating a soil layer reaction to seismic impacts using the ProShake software. Under simulation, the behavior of each layer of the seismic geological model of the soil strata was specified by the Kelvin-Voigt model (viscoelastic). Each layer of the seismic geological model of the soil thickness was characterized by parameters such as layer thickness, density, primary and shear wave velocities, nonlinear straindependent shear modulus, and damping ratio. The use of calculating the strain-dependent shear modulus and damping ratio allow us to take into account the nonlinear reaction of the soil strata to the seismic actions. Scientific novelty. It is shown that a decrease in the thickness of the sedimentary layer under the construction site does not always reduce the manifestations of seismic impacts. The profitability for eliminating the upper loose sediment layer should be assessed in each specific case. Designers need to take into account information about the filtering properties of the soil strata beneath the construction site, choosing the parameters of the designed structures such that they ensure their maximum stability under seismic influences. The change in the parameters of ground conditions under the construction site can significantly affect the seismic effect on its surface. Practical significance. The obtained data on the filtering properties of the soil strata in each of the study areas for which the quantitative characteristics of the seismic hazard are determined allow simultaneously to ensure the stability of the projected facilities and significantly reduce the cost of constructing earthquake resistant buildings that would avoid resonant amplification of seismic oscillations by sedimentary strata for fundamental periods on the designed structures.

Цель. Целью работы является исследование влияния фильтрующих свойств осадочной толщи на сейсмические колебания строительных или эксплуатационных площадок, расположенных на территории Украины. Методика. Проанализировано влияние физико-механических свойств осадочной толщи на сейсмический эффект на поверхности в пределах территории Ташлыкской ГАЭС при возможных сейсмических воздействиях с различными максимальными пиковыми ускорениями, которые с вероятностью 99% не будут превышены ближайшие 50 лет. Проверено утверждение, согласно которому, уменьшение мощности осадочного слоя всегда улучшает сейсмические условия строительства. Результаты получены путем моделирования реакции толщи грунта на сейсмические воздействия с использованием программного продукта ProShake. При моделировании поведение каждого слоя сейсмогеологической модели грунтовой толщи задавалась моделью Кельвина-Фойгта (вязкоупругой). Каждый слой сейсмогеологической модели грунтовой толщи характеризовался такими параметрами, как: толщина слоя, плотность, скорости продольных и поперечных волн, нелинейными зависимостями модуля сдвига и коэффициента поглощения от сдвиговой деформации. Использование при расчетах зависимостей модуля сдвига и коэффициента поглощения от сдвиговой деформации позволяют учесть нелинейную реакцию грунтовой толщи на сейсмические воздействия. Научная новизна. Показано, что уменьшение толщины осадочного слоя под строительной площадкой не всегда уменьшает проявления сейсмических воздействий. Рентабельность по устранению верхнего рыхлого осадочного слоя следует оценивать в каждом конкретном случае. Проектировщикам следует учитывать информацию о фильтрующих свойствах грунтовой толщи под строительной площадкой, выбирая параметры проектируемых сооружений такими, которые обеспечивают их максимальную устойчивость при сейсмических воздействиях. Изменение параметров грунтовых условий на строительной площадке может существенно повлиять на сейсмический эффект на его поверхности. Практическая значимость. Полученные данные о фильтрующих свойствах грунтовой толщи на каждом из участков исследуемой территории, для которой определяются количественные характеристики сейсмической опасности, позволяют одновременно обеспечить устойчивость проектируемых объектов и существенно уменьшить стоимость сейсмостойкого строительства путем избегания резонансного усиления осадочной толщей сейсмических колебаний на собственных периодах проектируемых сооружений.