Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы.
Настоящая диссертационная работа посвящена разработке численного алгоритма и методике исследования распространения и многократных отражений сейсмических волн в слоистых разрезах и вычислению амплитуды смешений точек свободной поверхности в зависимости от частотных характеристик сейсмических воздействий с учетом влажности и нелинейных фізико-мехаяяческих свойств грунтсз.
До недавнего времени слово "нелинейность" практически не встречалась ни в сейсморазведке, нп в сейсмологии. Это происходило не от того, что нелинейные явления не наблццались. 8 скорее от того, что по существовавшему мнении з упругой области нелинейные эффекты выражены слабо и в подавляшем большинстве случаев линейнвя сейсмика дает достаточно полное и правильное описание процесса. Вместе с тем сейсмология встретилась с рядом явлений, которые никак не могли бать объяснены с позиции линейной теории распространения сейсмических волн.
Первыми попытками объяснить некоторые странные факта, отмечашиеся при распространении волн сильных землетрясений, и экспериментально убедиться в нелинейном упругом поведении грунта были работы А.И.Николаева, А.А.Гвоздева и В.В.Кузнвиова. В первой работе было предлогено' описание упругих свойств рыхлой среды нелинейным законом Гука и показано на уровне качественных построений, что эта модель позволяет найти объяснение ряду проявлений сильных движений грунта в эшшенгральной зоне землетрясений. В дальнейшем зта модель была использована И.А.Масдовым и И.И.Мосоловым для строгого решения задачи падения сейсмической волны конечной амплитуды на свободнув границу нелинейно-упругой среды.
В последнее время проведенные на основе акустических методов эксперименты показывают, что для достаточно точного изучения поведения грунтовых слоев при сейсмических воздействиях с разными
частотными характеристиками следует учитывать влажные и налинейные физико-механические свойства рассматриваемых сред. Изучение свойств среда неОолывого района аемли и его картирование первостепенная задача сейсмического микрорайонирования. Для Солее детального районирования городов, промышленных объектов и территории гидротехнических сооружений необходимо большое количество записей колебаний земли, что требует большого количество записей колебаний аемли, что требует большого количества сейсмических станций и длительного времени наблюдений, больших затрат и накопления необходимых статических достоверных информации. Поэтому и возрос в последнее время интерес широкого круга ученых и инженеров как к построение общих математических моделей, описывавших процессы нелинейной нестационарной деформации, так и к решению краевых задач в анализу получаемых в результате моделирования нелинейных волновых полей.
Решения динамических задач о распространении нелинейных
сейсмических волн усложняется не только математическими
трудностями интегрнронания нелинейных дифференциальных уравнений в
частности производных, но и широким разнообразием реологических
свойств исследуемых грунтов. Отметим, что количество решенных до
настоящего времени нелинейных задач о распространении и
многократных отражений сейсмических волн невелико. В регионе Узбе
кистана с учетом нелинейных свойств грунтов Т.У.Артиковым впервые
применялся теоретико-расчетный метод сейсмического
микрорайонирования в примерах г.Андижана. Из вышеизложенного следует, что разработке численного алгоритма и исследование с его помощью распространения сейсмических волн в слоистой среде и оценка на сейсмическую интенсивность влияния степени увлажненности и нелинейных свойств грунтов является актуальным и имеют ввжное практическое значение при проведении инженерно-геологических изысканий и составлении карт сейсмического микрорайонирования.
Целью работы является разработка методики оценки сейсмической интенсивности в слоистых средах с учетом влажных свойств и
-5-проявление в них нелинейных эффектов и применение результатов для уточнения данных карт сейсмического микрорайонирования.
С этой целью решаются задачи:
-Численное моделирование сейсмических процессов во влажных, водонБСШяенннх и нелинейных слоистых средах и разработка алгоритмов их расчета.
-Установление основных закономерностей влияния нелинейных и других эффектов среда на величины скоростей распространения волн и амплитуды смешения грунта нв свободной поверхности при прохождении сейсмических волн разной характеристики через слоистую среду.
-Проведение теоретической оценки сейсмической интенсивности некоторых разрезов в территории городов Ферганской долины с целью уточнения данных карт сейсмического микрорвйоїшрования.
Научная новизна. На основе идеи минимизации полной энергии в сочетании с методом конечных элементов разработан вычислительный алгоритм, позі члящий исследовать распространение и многократное отражение нелинейных сейсмических волн с разными амплитудно-частотными характеристиками в слоистых средах и количественно оценить учет нелинейности на сейсмическую интенсивность рассматриваемого региона.
Практическая ценность и реализация работы. Разработанная методика и составленный комплекс программ мокет служить новым инструментом в исследовании региональной геофизики и сейсмологии, т.е. могут быть использованы при оценке точек свободной поверхности исследуемых регионов и при составлении карт сейсмического микрорвйоЕирования.а также при расчетах сейсмического воздействия на сооружения с учетом инженерно-геологических характеристик оснований сооружений.
Составленный комплекс программ ;: полученные с его помощью результаты можно использовать в соответствующих предприятиях по численному расчету кинематических и динамических параметров подземных и наземных сооружений при сейсмических воздействиях с разными амплитудно-частотными характеристиками.
Апробвция работы. Основные голокения и результаты работы докладывались на лаборатории механики деформируемого твердого тела ИМиМАШ НАН РК под руководством проф. М.Т.Алимжанова (Алматы , апрель, 1993 г.), на семинаре лаборатории сейсмодинамики ИГиГ СО АН СССР под руководством Щеглова В.И. (Новосибирск, октябрь, 1991 г.), на семинаре лаборатории инженерной сейсмологии ИС АН РУз под руководством В.А. Исмаилова (Ташкент, январь, 1993 г.), не семинаре лаборатории сейсмодинамики метрополитенов ИМиСС АН РУз под руководством проф. Н.Н.Мубаракова (Ташкент, май, 1993 г.), на семинаре "Численные методы механики сплошных сред" Западное отделение НАН РК под руководством академика Айталиева Ш.М. (Атырау, октябрь. 1994г.)
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в работах 11-4].
Структура и обьем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 84 наименований и изложена на 126 страницах машиноиисного текста. Включает в себя 36 рисунок и 3 таблиц.
