Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Природознавство arrow Прогнозування сейсмостійкості споруд під час вибухів циліндричних зарядів
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Вплив шаруватості ґрунтової основи на динаміку взаємодії СВХ з охоронним об'єктом.

Як відомо, в природних умовах ґрунти являють собою складну систему нашарувань, які відрізняються своїми фізико-механічними характеристиками. Тому проведення досліджень особливостей поширення сейсмічних вибухових хвиль у шаруватих масивах ґрунтів і гірських порід та їх динамічного впливу на природні й інженерні об'єкти на даний час є актуальним [165].

Розглядається двошарова ґрунтова основа, на яку передаються сейсмовибухові коливання. Використовуючи підхід, запропонований у роботах [162, 166], розглянемо завдання для одновимірної постановки. Ґрунт характеризується модулем зсуву G і динамічним коефіцієнтом ньютонівської в'язкості μ q – приведена маса споруди, віднесена до одиниці площі поверхні ґрунту, h – відстань від поверхні ґрунту до площини сейсмічної дії. Тоді для ґрунту, що моделюється пружно- в'язким середовищем, дотична напруження визначається залежністю [162 – 166]:

(5.40)

де- горизонтальне зміщення,

t – час,

x, z – координати.

Підставляючи (5.40) у диференціальне рівняння одновимірних рухів ґрунту:

(5.41)

одержимо:

(5.42)

де- кінематичний коефіцієнт в'язкості,

– густина ґрунту.

Граничні умови для шуканої функціїпримають вигляд:

(5.43)

де- частота горизонтальних коливань шару,

- амплітудне значення сейсмічного впливу.

Примаємо:

(5.44)

Загальний розв'язок рівняння (5.42) може бути представлений у вигляді:

(5.45)

Підставляючи (5.45) в (5.43), після виключення співмножника, отримуємо для функціїзвичайне однорідне диференціальне рівняння другого порядку:

(5.46)

Складаючи для (5.46) характеристичне рівняння, отримаємо для двох його комплексних коренівітакі вирази:

(5.47)

де

(5.48)

- безрозмірна величина, яка приймається за перший критерій

подібності завдання

Розв'язок рівняння (5.46) має вигляд:

(5.49)

де сталі- комплексні величини:

(5.50)

Таким чином, на підставі (5.45), (5.47), (5.49) і (5.50) маємо:

(5.51)

Вважаючи далі

(5.52)

визначимо шукану функціюяк дійсну частину залежності (5.51).

Використовуючи граничні умови (5.43) і (5.44), і прирівнюючи коефіцієнти при однакових тригонометричних функціях, отримаємо для чотирьох дійсних величиннаступну систему лінійних алгебраїчних рівнянь:

Де .

Амплітудне значення сейсмічного впливу як функція від відстані, маси заряду і ґрунтових умов вибирається з чисельних або натурних експериментальних даних.

Крім того, необхідно визначити частоту горизонтальних коливань двошарової основи ω.

Власні частоти неоднорідної основи визначаються з хвильових рівнянь:

(5.54)

і двох граничних умов:

при при (5.55)

При цьому виконуєтьсяумови неперервності на межах шарів (H – загальна товщина шарів ).

У випадку двошарової основи переважаючі періоди коливань Т визначаються із трансцендентного рівняння

(5.56)

де

– глибина, густина і модуль зсуву і-го шару.

Були проведені розрахунки періодів і частот коливань двошарової ґрунтової основи, що складається із глини і кварциту. При цьому досліджувалася зміна амплітудно-частотних характеристик коливального процесу при різному взаємному розташуванні шарів і різній їх глибині. Фізико- механічні характеристики шарів і розрахункові значення періодів і частот коливань наведені в табл. 5.6.

Таблиця. 5.6.

Фізико-механічні характеристики шарів ґрунтової основи і розрахункові значення періодів і частот коливань

№ п/п

1 шар

2 шар

Періоди коливань Т,с/ частоти со, Гц

1. Глина – кварцит

0,2

20

2

3,35

60

177000

2. Кварцит – глина

3,35

20

177000

0,2

60

2

3. Глина – кварцит

0,2

60

2

3,35

20

177000

4. Кварцит – глина

3,35

60

177000

0,2

20

2

Далі з використанням отриманих значень частот коливань розраховувалися горизонтальні зміщення двошарової ґрунтової основи при приведеній масі наземної споруди і . На рис. 5.16, 5.17 наведені залежності зміщень ґрунтової основи від часу при впливі сейсмовибухової хвилі. Нумерація кривих відповідає різному розташуванню шарів: 1 – верхній шар – глина, нижній – кварцит (варіант 1 і 3 із табл. 5.6); 2 – верхній шар – кварцит, нижній – глина (варіант 2 і 4). Товщина верхнього шару для рис. 5.14 складала h=20 м, а для рис. 5.15 – h=60 м.

Залежності зміщень ґрунтової основи від часу при впливі сейсмовибухової хвилі: 1 – верхній шар – глина, нижній – кварцит; 2 – верхній шар – кварцит, нижній – глина. Товщина верхнього шару h=20 м.

Рис. 5.16. Залежності зміщень ґрунтової основи від часу при впливі сейсмовибухової хвилі: 1 – верхній шар – глина, нижній – кварцит; 2 – верхній шар – кварцит, нижній – глина. Товщина верхнього шару h=20 м.

Залежності зміщень ґрунтової основи від часу при впливі сейсмовибухової хвилі: 1 – верхній шар – глина, нижній – кварцит; 2 – верхній шар – кварцит, нижній – глина. Товщина верхнього шару h=60 м.

Рис. 5.17. Залежності зміщень ґрунтової основи від часу при впливі сейсмовибухової хвилі: 1 – верхній шар – глина, нижній – кварцит; 2 – верхній шар – кварцит, нижній – глина. Товщина верхнього шару h=60 м.

Із аналізу рисунків слідує, що, незалежно від товщини шарів, якщо верхній шар більш щільний, то в основі виникають більш високочастотні коливання, а, отже, зменшується період коливань, що більш сприятливо для сейсмостійкості об'єкту, що охороняється. При цьому, як випливає з табл. 5.6 (варіант 1), коли товщина верхнього шару глини становила h=20 м, частота коливань двошарової основи склала 9,813 Гц, що потрапляє в резонансний для будівель діапазон частот, оскільки дослідження амплітудно-частотних характеристик показують, що частоти нижче 4 Гц і вище 10 Гц фільтруються будівлею, а всередині цього діапазону посилюються [167].

Зі збільшенням товщини верхнього шару в 3 рази (рис. 5.17) відбувається збільшення частоти коливань при різному взаємному розміщенні шарів. При цьому в разі, коли у верхньому шарі основи розміщений кварцит, амплітуда коливання основи зменшується майже в 5 разів, а якщо верхній шар – глина, зменшення амплітуди не спостерігається.

Із проведених досліджень можна зробити такі висновки:

1. Теоретично досліджено нестаціонарну взаємодію прямокутного жорсткого тіла з ґрунтовою основою під час вибуху на базі розробленої математичної моделі, алгоритму та програми для чисельного моделювання взаємодії СВХ з основою наземної споруди.

2. З аналізу результатів чисельних розрахунків встановлено, що збільшення маси заряду в 5 разів (з 20 до 100 кг, та з 1000 до 5000 кг) призводить до збільшення амплітуди коливань основи об'єкту в 2,9... 3,1 рази.

3. Вперше показано, що зі збільшенням різниці між сторонами при однаковій площі основи будівлі відбувається зменшення амплітудно-частотних характеристик коливання при торцевому падінні сейсмовибухової хвилі. Так, збільшення співвідношення сторін у 2 рази призводить до зменшення максимуму амплітуди зміщення на 42 %, а в 4 рази – на 63 %. Таким чином, найбільша амплітуда коливань характерні для квадратного тіла, а більш сейсмостійкими є видовжені об'єкти. При фронтальному падінні хвилі, навпаки, більш стійкими є будівлі з квадратною основою.

4. Встановлено, що частотні характеристики коливань основи споруди знаходяться в оберненій залежності від маси тіла об'єкту. Зі зменшенням відносної маси споруди вдвічі відбувається збільшення максимуму амплітуди зміщення основи об'єкту в 1,5 рази, а зменшення маси в 4 рази призводить до збільшення значень амплітуди зміщення вдвічі. Зі зменшенням маси об'єкту відбувається зміщення резонансних частот у більш високочастотну область. Так, зменшення маси об'єкту вдвічі призвело до зменшення періоду коливань на 30 %.

5. Встановлено, що чим більш пористий Грунт, тим більша амплітуда зміщень основи об'єкту, що охороняється. Збільшення пористості ґрунту в 4 рази (з 5 % до 20 %) викликає збільшення амплітуди зміщення основи тіла майже вдвічі (1,95 разів).

6. Розроблено методику розрахунку зміщень ґрунтової основи поверхневих об'єктів, що охороняються. Встановлено, що амплітудно-частотний спектр коливань при техногенних вибухах має значний вплив на коливний процес поверхневих об'єктів, що охороняються. Зростання періоду і амплітуди коливань грунту призводить до значного збільшення зміщень основи споруди. А накладання горизонтальних і вертикальних зміщень може привести до значного зниження сейсмостійкості споруди. Встановлено, що коливання від вибухів, які мають менші періоди коливань, у порівнянні з землетрусами, здійснюють менш руйнівний вплив на споруди. На підставі теоретично встановлених залежностей швидкостей зміщення ґрунтової основи і мас зарядів від періодів коливань були розроблені номограми для визначення сейсмобезпечної маси сферичних і циліндричних зарядів вибухових речовин.

7. Розроблено методику розрахунку зміщень двошарової Грунтової основи поверхневих об'єктів, що охороняються під дією сейсмічних вибухових хвиль. Встановлено, що незалежно від товщини шарів, якщо верхній шар більш щільний, то в основі виникають більш високочастотні коливання (зменшується період коливань), що є більш сприятливим для сейсмостійкості об'єкту, що охороняється. Збільшення верхнього шару призводить до збільшення частоти коливань при різному взаємному розміщенні шарів, що також збільшує сейсмостійкість споруди. При цьому в разі, коли у верхньому шарі основи розташований кварцит, амплітуда коливання основи значно зменшується, а якщо верхній шар – глина, то зменшення амплітуди не спостерігається.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси