Приложение Г (рекомендуемое). Методики количественной оценки динамических нагрузок на грунты

Приложение Г
(рекомендуемое)

Методики
количественной оценки динамических нагрузок на грунты

Г.1 Методика количественной оценки сейсмических нагрузок при землетрясениях разной интенсивности

Г.1.1 При неглубоком расположении очагов землетрясений (десятки километров) сейсмическую нагрузку характеризуют величиной CSR в разрезе при землетрясении заданной повторяемости:

,

(Г.1)

где - среднее значение ожидаемых циклических напряжений сдвига при данной магнитуде очага;

а _max - максимальное ожидаемое ускорение колебаний на поверхности грунта;

и - полное и эффективное значения соответственно вертикальных нормальных напряжений на глубине z;

g - ускорение свободного падения, м/с ²;

r _d - коэффициент снижения напряжений с глубиной, который в отсутствие результатов прямых сейсмических измерений на площадке принимают равным:

;

(Г.2)

.

(Г.3)

Формулы (Г.2) и (Г.3) могут быть объединены для удобства расчетов в единое аналитическое выражение для любой глубины до 23 м:

.

(Г.4)

При достаточном обосновании допускается использовать и другие выражения для расчета r _d.

Расчет основан на представлении о том, что сейсмические сдвиговые напряжения в заданной точке массива возникают в связи с распространением в нем преимущественно поперечных волн в вертикальном направлении, а столб грунта над выделенным элементарным объемом грунта на заданной глубине z колеблется как абсолютно жесткое тело. Но поскольку этот столб грунта в действительности ведет себя как деформируемое тело, то реальные сдвиговые напряжения будут меньше, причем эта разница возрастает с глубиной. В связи с этим в расчеты и вводят коэффициент снижения напряжений r _d, меньший или равный 1.

Г.1.2 Реальная история сейсмического нагружения грунта носит случайный характер, и в целях проектных расчетов обычно ее приводят к эквивалентному в силовом отношении регулярному воздействию. Показано, что среднее значение циклических сдвиговых напряжений для такого эквивалентного воздействия можно с удовлетворительной точностью принимать равным примерно 65 % их максимального значения. Поэтому в выражении для CSR появляется соответствующий множитель. Величину a _max принимают равной среднему геометрическому значению для горизонтальных составляющих ожидаемого толчка.

Г.1.3 Число эквивалентных циклов регулярного нагружения N в лабораторном эксперименте, моделирующем сейсмическое воздействие, зависит от длительности сотрясений, а следовательно - от магнитуды толчка. Число циклов нагружения определяют по таблице Г.1, а для других магнитуд - интерполяцией приведенных данных.

Таблица Г.1 - Число циклов нагружения

Магнитуда	5,25	6,00	6,75	7,50	8,50
N	2 - 3	5	10	15	26

При заданных длительности t, с, и центральной частоте f ₀, Гц, ожидаемого сейсмического воздействия (например, полученных из данных о характеристиках ранее зарегистрированных толчков) число циклов нагружения может быть рассчитано по формуле

.

(Г.5)

Описанный расчет дает максимальное значение ожидаемых циклических напряжений сдвига при землетрясении , которое при проведении трехосных динамических испытаний соответствует половине амплитуды осевой динамической нагрузки (). Все необходимые для расчета параметры заносят в таблицу по форме таблицы Г.2.

Таблица Г.2 - Результаты расчета амплитуды динамической нагрузки

Образец	Глубина отбора z, м	, кПа	Период повторяемости Т, лет	a max, м/с 2	Магнитуда М	r d	, кПа	, кПа

Г.1.4 Динамические нагрузки при испытаниях следует задавать в соответствии с характеристиками ожидаемых сейсмических воздействий при максимальном расчетном землетрясении: магнитудой М, пиковым горизонтальным ускорением на поверхности почвы PGA, м/с ², и длительностью ожидаемых сотрясений. Если возможности оборудования позволяют, допускается воспроизводить и преобладающий частотный диапазон воздействий. Частота воздействия при испытаниях не должна превышать 10 Гц.

Г.1.5 В случае, когда очаги возможных землетрясений расположены на значительном удалении (сотни километров), и в спектре ожидаемого сейсмического воздействия будут преобладать поверхностные волны, рекомендуется проводить ориентировочный расчет возможных напряжений в поверхностной волне исходя из условий, описанных в Г 1.6.

Г.1.6 Напряжения в волне данного типа , кПа, могут быть рассчитаны в соответствии с формулой

,

(Г.6)

где - плотность грунта в слое распространения волны, т/м ³;

С - скорость распространения волны, м/с;

V - скорость смещения частиц в волне данного типа, м/с.

Полученная таким образом амплитуда динамических напряжений в поверхностной волне Рэлея от возможных удаленных источников должна рассматриваться как наиболее неблагоприятная для устойчивости грунта и дающая оценку сейсмической устойчивости грунтов.

Г.2 Методика количественной оценки динамических нагрузок от промышленного оборудования и линейных сооружений

Г.2.1 Для расчета динамических нагрузок от существующих источников необходимы сведения о следующих параметрах:

- виброскоростях колебаний частиц от интересующего источника, по которым далее возможно рассчитать виброускорения или амплитуды динамических напряжений;

- либо напряжениях, возникающих в грунтах при распространении волн напряжений.

Расчет по второй группе параметров является более надежным, но и более трудоемким. Необходимая информация может быть получена только по результатам полевых сейсмических наблюдений вблизи источника вибраций, включающих в себя:

а) измерение вибраций по трем компонентам вблизи площадок размещения объектов для получения скоростей смещения частиц грунта в сейсмических волнах;

б) малоглубинные сейсмические наблюдения;

в) измерение вибраций в скважинах для определения зависимости интенсивности колебаний от глубины.

Г.2.2 Для расчета пиковых напряжений на фронте волны от рассматриваемого источника измеренные значения скоростей V, м/с, смещения частиц следует пересчитать в напряжения , кПа, в соответствии с формулой (Г.6).

Г.2.3 Для проектируемых фундаментов оборудования с динамическими нагрузками ожидаемые воздействия на подстилающие грунты следует рассчитывать по характеристикам ожидаемого силового воздействия, которые указываются в паспорте оборудования изготовителем. Исходными параметрами являются масса, рабочая частота и амплитуда колебаний установки, а также конструктивные характеристики фундамента (геометрия, масса, площадь, глубина заложения).

При испытаниях грунтов на виброползучесть число циклов нагружения должно быть не менее 500 для получения надежного тренда накопления деформаций во времени по результатам испытаний.

Г.3 Методика количественной оценки волновых динамических нагрузок на акваториях

Г.3.1 Методика оценки штормовых воздействий на донные грунты

Для расчета динамических напряжений в донных грунтах или грунтах обратной засыпки траншей трубопроводов в результате штормовых воздействий необходимы сведения о расчетной высоте H _w, м, и периоде T _w, с, волн заданной обеспеченности, а также расчетной длительности такого шторма t _w. Эти характеристики определяют по данным многолетних гидрометеорологических наблюдений в районе размещения объекта. Штормовое воздействие в условиях трехосного сжатия моделируется квазигармоническим динамическим нагружением с заданной амплитудой.

Амплитуду динамических напряжений, кПа, рассчитывают по формуле

,

(Г.7)

где - объемный вес морской или пресной (в зависимости от водоема) воды, кН/м ³.

Частоту нагружения, Гц, принимают в соответствии с расчетным периодом волны

,

(Г.8)

а число циклов воздействия определяют по формуле

.

(Г.9)

Г.3.2 Методика оценки волновых воздействий на откосные сооружения

Динамические напряжения от волн на откосные сооружения, например на грунты в составе пойменных насыпей, следует рассчитывать как волновое давление в соответствии с СП 38.13330.2018 (приложение Д). Среднюю высоту волн, частоту и длительность воздействия следует определять по данным многолетних гидрометеорологических наблюдений в районе работ, моделируя воздействие квазигармоническим динамическим нагружением с рассчитанной амплитудой волнового давления.