критерии и параметры нелинейного деформирования горных
реклама
Потапов В.А., Джурик В.И., Иванов Ф.И. КРИТЕРИИ И ПАРАМЕТРЫ НЕЛИНЕЙНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ // Геологическая среда и сейсмический процесс: Материалы Всероссийской межрегиональной конференции, Иркутск, 2-5 сентября 1997 г. - Иркутск, 1997. - С. 135-137. КРИТЕРИИ И ПАРАМЕТРЫ НЕЛИНЕЙНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В.А. Потапов, В.И. Джурик, Ф.И. Иванов Институт земной коры СО РАН, г.Иркутск Основу общепризнанной в настоящее время динамической теории очагов землетрясений составляет моделирование пространственно-временного распределения (в объемах среды ограниченных размеров) напряжений и сил, наиболее полно соответствующих параметрам сейсмических волн в ближних зонах. Однако, математические построения в явном или неявном виде проводятся с использованием линейной теории упругости - закона Гука. Нелинейность в физическом смысле (Николаев, 1987), т.е. нелинейность связи напряжений и деформаций, имеющая место при разрушении материалов, в том числе и горных пород, не учитывается. Количественный прогноз сейсмической интенсивности для обеспечения динамической устойчивости систем грунт-сооружения или оценок риска по сути своей является задачей из класса нелинейных. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что в плейстосейстовых областях землетрясений нарушается линейность связи плотности потока энергии (и напряжений) с деформациями. Опасность землетрясений является величиной многопараметрической, которую оценивают, используя различные критерии и подходы. Это связано с зависимостью макросейсмических проявлений от амплитудного уровня сейсмических волн и других параметров воздействий, от прочности оснований (грунтов) и сооружений. Состояние грунтов, как и прочностные характеристики сооружений, изменяются во времени, особенно на урбанизированных территориях. Если в расчетах риска после сильного землетрясения или при его прогнозе на урбанизированных территориях важен совокупный купный результат потери прочности оснований и материалов конструкций, то для планирования превентивных мероприятий и задания сейсмических воздействий при проектировании необходим раздельный учет динамичес135 кого уровня колебаний и возможной потери несущей способности оснований, Нами проведена систематизация деформационных свойств горных пород в зависимости от литологического состава, генезиса, степени пористости и обводненности в Прибайкалье. Определено, что значения скоростей упругих волн в породах различного генезиса и литологии, близких по степени сохранности к монолитным, перекрываются. Установлены взаимо-связи скоростей упругих волн в породах, как двух- и трехкомпонентных средах, с фиксированной пористостью при переходе в разные состояния. Выявлено повышение коэффициента Пуассона с ростом пористости пород и определена его количественная зависимость от скорости упругих волн в породах. Исходя из экспериментальных данных, свидетельствующих о сопоставимости (в первом приближении) статических и динамических модулей упругости и эквивалентных напряжений пределов прочности (эффективных значений при циклических нагрузках), определены энергетические параметры прочности (колебательные скорости кластеров частиц пород скелета). В соответствии с билинейной теорией деформирования определено, что разрушение горных пород протекает при сдвиговых напряжениях в кластерах частиц скелета пород в пределах значений колебательных скоростей 0.8 м/с3.3 м/с. Нижний уровень соответствует упругим волнам сдвига, верхний - упругопластическим волнам. Изучены прочностные характеристики пород Прибайкалья при одноосном сжатии образцов, в естественных условиях с применением импульсных источников, выполнена систематизация литературных данных по прочностным свойствам пород разного генезиса и литологии. Если рассматривать двухкомпонентные горные породы, то эффективные значения волновых сопротивлений (и скоростей волн) в упругой и упругопластической стадиях деформирования с повышением трещиноватости сближаются. В этих условиях верхний предел колебательной скорости уменьшается, приближаясь к величине 0.8 м/с. Гистерезисное трение с повышением пористости пород снижает и нижний предел прочности. Особый случай представляют обводненные рыхлые грунты, в которых продольная и объемная сжимаемости в предельном случае становятся равными. Получена аналитическая зависимость предела прочности обводненных рыхлых грунтов от отношения скоростей продольных и поперечных волн. Экспериментальные данные при использовании импульсных источников для оценки предельных колебательных скоростей в обводненных грунтах подтверждают тенденцию экспоненциальной зависимости предела прочности обводненных рыхлых грунтов от коэффициента Пуассона. Шкала интенсивности, таким образом, по колебательным (динамическим напряжениям в элементах сооружений) распадается на две ветви. В плейстосейстовых областях (при иS>0.8 м/с) колебательные нагрузки падают с понижением деформационных модулей грунтов, а при иS<0.8 м/с возможны интерференционные явления и увеличение амплитуд колебаний слоями грунтов. Обводненные рыхлые основания зданий, насыпные грунты, снижают уровень колебательных нагрузок в сравнении с аналогичными 136 воздушно-сухими грунтами. Усиления конструкций зданий и сооружений в условиях нелинейного деформирования оснований неэффективны и не обеспечивают сейсмическую безопасность. Необходимо упрочнение основаий сооружений. Показана принципиальная возможность расчета сейсмостойкостиконструкций зданий по предельным колебательным скоростям, предложен расчет коэффициентов динамичности на основе колебательных скоростей.
