ОГЛАВЛЕНИЕ:
Введение......................................................................1
Глава 1. Прогнозирование спектров колебаний фунта по макросейсмнческим
данным: проблемы и методы решения.
1.1. Анализ литературных данных и постановка задачи.......................5
1.2. Исходные материалы и методика их обработки..........................15
Глава 2. Восстановление спектров колебаний фунта по наблюдаемой
макросейсмкческой интенсивности сотрясений.
2.1. Обобщенные модели для реконструкции спектра колебаний фунта по макросейсмической интенсивности сотрясений...............................33
2.2. Результаты прогнозирования спектров Фурье ускорений при землетрясениях в разных районах мира по макросейсмнческим данным........................53
2.3. Сахалинская региональная система спектров...........................71
Глава 3. Опыт использования восстановленных по макросейсмнческим данным
спектров сахалинских землетрясений для вероятностных оценок сейсмической
опасности.
3.1. Методика расчета сейсмической опасности.............................87
3.2. Расчетные модели сейсмичности.......................................92
3.3. Вероятностные модели сильных движений фунта........................104
3.4. Результаты расчета сейсмической опасности..........................108
Заключение..................................................................117
Список литературы...........................................................118
Приложения..................................................................131
I
Введение
При решении многих практических задач - прогнозе сейсмических воздействий, сейсмической опасности и антисейсмическом проектировании необходимы данные о количественных параметрах сильных движений фунта при землетрясениях.
Наиболее достоверным способом получения количественных, инженерных характеристик колебаний фунта при землетрясениях являются непосредственные инструментальные наблюдения за сильными землетрясениями. Однако из-за отсутствия достаточно развитой и оснащенной сети специальных сейсмических станций, возможности применения данного способа на территории России очень Офаничены. В складывающихся условиях трудно ожидать бысфого улучшения дел в этой области. С другой стороны, как показывает мировой опыт, даже при наличии достаточно густой сети наблюдений за сильными движениями (такой, например, как в США, Японии, некоторых других сфанах) требуется не одно десятилетие для того, чтобы получить достаточное количество записей сильных землетрясений. Это связано с тем, что сильные землетрясения - редкие события в пределах отдельных сейсмоактивных регионов. Поэтому представляет интерес получение количественных характеристик сильных движений грунта расчетными (в том числе статистическими) методами. Например, в работах (Чернов, 1981, 1984, 1989, 1997; Аптикаев, 1983; Гусев 1984; Штейнберг и др.. 1993; Socolov, 1998; Vladimir Socolov et al., 1999) описаны различные способы и результаты прогнозирования спектров и других параметров сейсмических воздействий при близких сильных землетрясениях по записям далеких и слабых, из тех же сейсмотектонических зон. Однако, в большинстве ссйсмоопасных районов России (как и во многих других районах) ни в прошлом, ни в настоящее время не производится никаких инструментальных регистраций землетрясений для инженерных целей. Вследствие этого необходимые для таких расчетов региональные записи землетрясений отсутствуют. Восполнить этот пробел в ближайшее время также будет очень сложно.
В современных условиях в России (а также во многих других сейсмоактивных регионах мира) является актуальной задача поиска альтернативных способов получения инженерно-сейсмологических данных, необходимых для прогнозирования сейсмической опасности, сейсмического риска, разработки критериев антисейсмического проектирования и других практических целей.
Во многих регионах мира к настоящему времени накоплен обширный материал по макросейсмическим описаниям сильных землетрясений, который охватывает относительно длительные периоды наблюдений, причем это действительно наиболее силь-
1 >
лов собственных колебаний, а также определены коэффициенты перехода от о.то по балла к другому для приведенных сейсмических ускорений.
Ю.В. Ризниченко (1971) вместо сопоставления условного, описательного мак-россйсмичсского балла с какой-либо физической, скалярной величиной, характеризующей интенсивность сейсмического воздействия, как. например, модуль вектора максимального смещения, скорость или ускорение колебаний грунта или сооружения, или же общая плотность потока сейсмической энергии, было предложено спектральное (или временное) рассмотрение этих явлений. Оно основано на следующих соображениях. Во-первых, коэффициент рассеяния (поглощения) является функцией частоты. Во-вторых, распространяясь в поглощающей среде, сейсмический импульс меняет свой спектральный состав, становится все более низкочастотным, и поэтому в дальнейшем все медленнее затухающим. Спектр землетрясения зависит также от величины землетрясения в очаге: чем больше магнитуда, тем он болсс низкочастотный (Ризниченко. 1984).
Однако, оценки спектров, получаемые при этом, имеют, как правило, слишком схематичный, обобщенный характер. Оми могут успешно исиольювагься в различных нормативах (например, нормированный спектр реакции Р(Т) в российских СИпП). Тем не менее, они не достаточно отражают индивидуальные особенности сильных движений грунта в конкретном пункте наблюдения или определения балльности.
Более детальная модель для описания статистической связи между балльностью сотрясений и уровнем спектра Фурье колебаний фунта разработана Ю.К. Черновым. В работе (Чернов, 1989) на основе большого объема записей смещений, скоростей и ускорений колебаний фунта при землетрясениях с макросейсмичсской интенсивностью от 2 до 10 баллов, полученных в эпицентральных зонах Газлийских землетрясений 1976 г.. Ташкентского землетрясения, а также заимствованных из американских сборников и других источников проведен анализ зависимостей максимальных амплитуд Лтат, периодов 7’, длительностей /, времен нарастания // и уровня спектральной плотности на фиксированных частотах от максимальной интенсивности землетрясения /. Проведенный формальный анализ корреляции величии 1 с величинами lgAmax, lg T. lg t, lg //, взятыми по отдельности, не позволили ответить, какие из кинематических характеристик колебаний лучше соответствуют балльности сотрясении. Из динамических параметров с величиной / лучше других коррелируют максимальные амплитуды колебаний. В то же время очень большой разброс между отдельными значениями Атах при близких значениях I показывает, что видимая максимальная амплитуда колебаний не
14
определяет полностью величину макросенсмнчсского эффекта землетрясений. Корреляция величины 1 с линейными комбинациями параметров /# Ата_х, Т, /# / показала, что параметры ускорений колебаний грунта лучше, чем параметры скоростей и смещений коррелируют с балльностью землетрясений.
Из анализа спектрального состава колебаний при землетрясениях различной силы следует, что лучше всего с балльностью коррелируют уровни спектральной плотности колебаний на определенных частотах, «ответственных» за макросейсмичсский эффект данной силы. Эти частоты закономерно уменьшаются с увеличением балльности сотрясений. Разброс отдельных значений /5/ на «ответственных» частотах в среднем на порядок меньше, чем в аналогичных зависимостях Лтах(1) и подчиняется логнормальному закону. Ю.К. Черновым и В.Ю. Соколовым (1983) анализировались случаи линейной и параболической зависимостей логарифма спектральной плотности ускорений от макросейсмнческой интенсивности. Выяснилось, что параболическая зависимость /^/5/ от / практически не улучшает сходимость результатов в диапазоне /=3-9 баллов, и в дальнейшем в этом диапазоне в качестве основы для оценки интенсивности по спектрам ускорений принята линейная зависимость 1%/3/(1). На основании полученных результатов предложен метод оценки балльности землетрясения по спектру его записи, разработаны варианты методики практических расчетов и получены вероятностные оценки на примере многих землетрясений в Газлийском, Приташкентском районе, в Ферганской долине, Калифорнии, на Севере Италии, Кавказе и других районах. Сравнение полученных расчетных оценок сейсмического эффекта сильных землетрясений с результатами реальных макросейсмических обследований, показывает, что расчетные данные вполне достоверны.
Следует отметить, что хотя метод оценки макросейсмнческой интенсивности по спектру колебаний грунта, описанный в работе (Чернов, 1989) формально ориентирован на использование колебательных или квазиупругих составляющих движения грунта, в нем, однако, отражена фундаментальная закономерность, выражающаяся в возрастающей роли длинопериодных составляющих спектра при увеличении балльности сотрясений. Оценка интенсивности, проведенная по вероятностной методике, позволяет в неявной форме учитывать нелинейное поведение грунта при интенсивных воздействиях и отражать степень повреждения сооружений (в терминах макросейсми-ческой балльности), возможных при данной совокупности грунтовых и очаговых факторов. Феноменологические подходы, к которым можно отнести и данный прием, ШИ-
- Киев+380960830922