На сейсмические воздействия

9.1. Георадиолокационные исследования для оценки состояния
гидротехнических сооружений.

Для проведения работ использовался радиотехнический прибор поверхностного зондирования «ОКО-2» производства фирмы «Нотис».

Георадар «ОКО-2»

Радиотехнический прибор подповерхностного зондирования (георадар) предназначен для обнаружения точечных и протяженных границ раздела сред (грунт, вода, строительные конструкции и т.п.) с выводом результатов зондирования на экран регистрирующего устройства в реальномвремени и последующим сохранением результатов зондирования в файл
для обработки и вывода на печатающее устройство.

Принцип действия аппаратуры подповерхностного радиолокационного зондирования основан на излучении сверхширокополосных (наносекундных) импульсов метрового и дециметрового диапазона электромагнитных волн и приеме сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства. Таки-
ми границами раздела в исследуемых средах являются, например, контакт
между сухими и влагонасыщенными грунтами - уровень грунтовых вод контакты между породами различного литологического состава, между
породой и материалом искусственного сооружения, между мерзлыми и талыми грунтами, между коренными и осадочными породами и т.д.

Конструктивно георадар состоит из следующих блоков:

- антенный блок (сменный, восьми типов);

- блок управления;

- оптический преобразователь (для георадара с АБД, АБ-400, АБ-1700);

- регистрирующее устройство (ноутбук);

- блок питания с зарядным устройством;

- датчик перемещения (или измеритель пути).

Измерения проводятся при перемещении антенн по исследуемой поверхности заданным шагом и измерением отраженного сигнала.

Антенный блок (АБ) георадара - сменный, состоит из приемного и
передающего блоков, каждый из которых питается от отдельного блока
питания (на АБ устанавливаются два блока питания, которые входят в
комплект поставки каждого АБ, с никель-металлогидридными аккумуляторными батареями напряжением 12 и емкостью 2,0 или 3,8 А/ч каждая). Для антенных блоков АБ-1200 и АБ-1700 питание подается по интерфейсному кабелю.

Для связи приемного и передающего блоков используется оптический кабель (в АБ-400 и АБ-700 кабель располагается внутри полой переносной ручки, в АБ-1200 и АБ-1700 кабель располагается внутри монокорпуса антенного блока).

На верхних крышках приемного и передающего блоков расположены индикаторы, которые показывают текущее состояние каждого блока.
При подаче питания на приемный и передающий блоки, светодиодный индикатор передающего блока горит только в режиме зондирования.

Корпуса антенных блоков АБ-90, АБ-150, АБ-250, АБ-700 являются
экранизированными и установлены на износостойкое основание - моно-
лыжу, к которой крепятся внешний датчик перемещения и штанга-ручка
(для АБ-150 и АБ-90 - буксировочное приспособление).

Корпуса антенных блоков АБ-1200 и АБ-1700 также являются экранизированными, оснащены тремя колесами (переднее колесо совмещено со
встроенным датчиком перемещения). На корпусе антенного блока располагается светодиодный индикатор работы и кнопка для постановки меток
во время зондирования.

Антенный блок АБД является не экранизированным и выполнен в
виде раскладывающейся рамы, к которой крепятся сменные вибраторы
приемной и передающей антенн, а также электронные блоки передающего
и приемного устройств с аккумуляторами.

Все антенные блоки выпускаются в пыле-влагозащищенном исполнении.

В состав передающего блока входит приемник оптический ИЗП, пиковый детектор, источник питания высоковольтный, формирователь им-
пульсов и передающая антенна.

Приемник оптический ИЗП преобразует импульсы запуска передатчика, передаваемые по оптическому кабелю, в электрический сигнал.

Пиковый детектор предназначен для отключения питания передающего блока при отсутствии импульсов запуска передатчика.

Источник питания высоковольтный преобразует напряжение +12 В
в высоковольтное напряжение в диапазоне 70... 700 В.

Формирователь импульсов (ФИ) формирует перепад напряжения от
0 до 350... 500 В длительностью 0,3...2 нс (в зависимости от типа антенного блока) для возбуждения передающей антенны. При этом параметры антенны выбраны так, что излучаемый импульс имеет примерно 1,5... 2 периода высокочастотного колебания. Частота повторения импульсов задается в устройстве управления и лежит в диапазоне 20...400 кГц. Конструктивно формирователь импульсов расположен на передающей антенне.

В соответствии с техническим заданием методика составляется для
определения глубины залегания коренных скальных дислоцированных отложений, изучения литологического строения толщи, установления глубины залегания грунтовых вод.

При постановке и анализе задач методика работ составляется с учетом типов грунтов, глубины залегания отражающих границ, состояния водонасыщенности грунтов.

В зависимости от необходимой разрешающей способности в плане и
по глубине выбирается тип антенны и частота зондирующего импульса.

Для изучения верхней части до глубин 3-4 м использовалась антенна
АБ-400 с центральной частотой 400 МГц при разрешающей способности
сигнала до 0,2 м. Для глубин зондирования более 2 м применялась антенна
АБД с центральной частотой 100 МГц и разрешающей способностью
0,5-2,0 м. Шаг по профилю для антенны АБ-400 составил 0,1 м, для АБД -
0,2 м. Общее количество точек наблюдений по профилям составило 1000 и
500 точек для антенн АБ-400 и АБД соответственно.

Георадиолокационные исследования проводились при перемещении
антенны по дневной поверхности на линии профиля с постоянным шагом
между точками зондирования.

Этапы обработки состоят из следующих процедур:

1. Ввод данных;

2. Анализ спектров прямой волны, отражений в области гипербол и
шума (частей записи на больших временах);

3. Частотная фильтрация;

4. Регулировка амплитуд;

5. Введение статических поправок на основании данных о рельефе
профиля и задержке сигнала при записи;

6. Интерполяция записей вдоль профиля;

7. Скоростной анализ выделенных гиперболических осей синфазности;

8. Преобразование временной оси в ось глубин на основании определений средней скорости распространения волн в разрезе;

9. Повышение разрешающей способности сигнала (деконволюция);

10. Фильтрация;

11. Выделение местоположения и глубины отражающих границ;

11. Вывод результата обработки в цифровом виде и на печать.

Во время работ на водохранилище были проведены исследования состояния бетонных плит, уложенных на плотину со стороны воды.

9.2. Сейсморазведочные исследования
гидротехнических сооружений.

При проведении сейсморазведочных работ МОВ ОГТ применялась
цифровая инженерная сейсмостанция «Лакколит Х-М2» производства
ООО «Логические системы», общий вид см. на рис. 9.1, в состав которой
входят регистратор, 1Мо1еЬоок с программным обеспечением, сейсмическая коса, сейсмоприемники.

Сейсмостанция предназначена для производства сейсморазведочных
работ методами преломленных и отраженных волн при инженерно- геологических изысканиях и микросейсморайонировании.

Сейсмостанция состоит из одного или нескольких блоков «Лакколит
24-М2» и персонального компьютера 1Мо1еЬоок или специализированного
блока управления. Каждый блок «Лакколит 24-М2» обеспечивает получение данных с 24-х сейсмических каналов и их предварительную обработку.
Количество каналов сейсмостанции определяется количеством применяемых блоков.

В комплект блока «Лакколит 24-М2» входит источник питания
12 Вольт, зарядное устройство, кабель питания, кабель связи, программное
обеспечение управлением сейсмостанцией.

Обслуживание сейсмостанции производится одним оператором. Конструкция модулей обеспечивает ее надежную эксплуатацию в жестких условиях и в широком диапазоне температур.

При постановке методики для проведения сейсморазведочных работ
на верхней площадке учитывались факторы поверхностных условий, глубины исследования, уровень техногенных и естественных шумов.

При проведении работ неблагоприятными были лишь естественные
шумы. По линиям профилей ограничений по размещению приемной сис-
темы и пунктов взрыва - не наблюдалось.

При проведении работ на верхней площадке использовалась методи-
ка МОВ ОГТ, значительно информативнее, но сложнее методики КМПВ
при отработке и интерпретации.

Методика МОВ ОГТ позволяет на сравнительно небольшом участке
в 46 м получить информацию до глубин 50-60 м на полускальных грунтах
при повышенном соотношении сигнал-шум. При возбуждении регистрируются продольные и поперечные волны с накоплением. При этом, в зависимости от интенсивности волн-помех и фазовой корреляции отраженных
волн, выбирался один тип волн для построения глубинного разреза.

Сейсморазведочные исследования проводились по двум линиям
профилей. На каждой линии выполнена регистрация двух составляющих.
Техника проведения работ состояла из следующих операций:

- определение положения сейсморазведочного профиля, учитывая
поверхностные условия, размеры участка для расположения приемной
системы и возможность определения неблагоприятных процессов (оползни, тектонические нарушения, имеющие свое отражение на дневной поверхности);

- расчистка просек;

- раскладка сейсмической косы;

- установка сейсмоприемников в места подготовленных площадок
20x20 см;

- подключение сейсмоприемников к сейсмической косе;

- коммутация узлов сейсмостанции;

- тестирование приемной системы и сейсмостанции, подготовка к
рабочему режиму;

- подготовка площадок для возбуждения упругих колебаний кувалдой;

- возбуждение упругих колебаний вертикальной и горизонтальной
составляющей и их регистрация с записью полученных данных на жесткий диск компьютера.

При проведении работ информация о регистрации, размещении приемной системы, пункта взрыва записывается в сменный рапорт оператора.
Так же составлялся схематичный план расположения профилей, пунктов
взрыва и сейсмоприемников.

При проведении работ производился контроль установки сейсмоприемников (СП), которые должны иметь хороший контакт с почвой. На участках с сухим грунтом СП устанавливались в ямки, глубина которых
больше высоты корпуса СП. При установке СП на профиле ось его максимальной чувствительности от заданного направления не превышала 15°.

Возбуждение упругих колебаний производилось кувалдой весом 8 кг.
Продольные волны возбуждались вертикальными ударами кувалды по металлической плашке размером 20x20 см, установленной на площадке, расчищенной от рыхлого слоя, листьев, веток и т.п. При не резком ударе кувалдой возбуждение повторяется. Точки возбуждения находились в 20 см напротив каждого сейсмоприемника. Использовалось накопление сигналов до 16.

Запись полученного материала производилась на жесткий диск компьютера в формате 8ЕО-У ШЕЕ. Динамический диапазон сейсмостанции
позволяет записывать данные без фильтрации и автоматической регулировки усиления.

Пакет обработки позволяет выполнять:

- комплексную обработку наземной и морской сейсморазведки;

- контроль качества полевых данных сейсморазведки;

- обработку данных ВСП;

- обработку инженерных сейсмических данных;

- интерпретацию данных КМПВ;

- углубленную обработку георадиолокационных данных.

 

Заключение.

Рациональное проектирование сейсмостойкого сооружения - очень
сложная инженерная задача. Здесь необходимо руководствоваться основными принципами обеспечения сейсмостойкости, использовать архитектурные, архитектурно-планировочные и конструктивные решения для
сейсмостойкого строительства, назначать сечения элементов конструкций
таких объектов и их соединений с учетом результатов расчета на сейсмические нагрузки.

Определение сейсмического воздействия на здание связано со многими трудностями. Здание, рассматриваемое как упругое тело с распределенными параметрами (массой и жесткостью) в зависимости от этажности
и планировки, заменяется системой с одной или несколькими сосредоточенными массами, соединенными упругими связями между собой, что вносит в расчет дополнительные условности. Степень точности вводимых параметров, например распределения масс зданий по высоте, ниже степени
точности самого расчета, поэтому для зданий повышенной этажности, и
особенно высотных, расчет становится сложным и трудоемким, так как
приходится рассчитывать системы со многими степенями свободы. Природная неопределенность частоты и ускорения колебаний, смещения основания при землетрясениях, а также, в некоторой степени, грунтовых условий, неопределенность декремента затухания колебаний натурной конструкции, ее пластических деформаций и степени разрушения в начале воздействия сейсмических сил в значительной степени усложняют задачу.

Конструктивные мероприятия как общие, так и зависящие от конкретного типа здания обеспечивают сейсмостойкость зданий и сооружений
независимо от результатов расчета (вследствие соблюдения исходных расчетных предпосылок). Они должны выполняться на этапах выбора конструктивной схемы сооружения, обеспечивающей снижение расчетных сейсмических нагрузок, и производства работ при возведении объектов в сейсмоопасных зонах с высоким качеством строительства.

Проектирование зданий и сооружений для сейсмических районов
требует высокой инженерной культуры и соответствующих знаний строительной механики, динамики сооружений, сейсмологии и других смежных дисциплин. Опыт показывает, что строительные объекты способны выдержать без разрушений весьма сильные землетрясения в тех случаях, когда проектирование выполнялось высококвалифицированными специалистами с учетом всех вышеперечисленных принципов и мероприятий.

 

Список используемых источников.

1. Очинский В В., Коробко В.И. Строительство в сейсмических условиях / СтГТУ. - Ставрополь, 1995.

2. Окамото Ш. Сейсмостойкость инженерных сооружений / Пер. с
англ. - М.: Стройиздат, 1980.

3. Мартемьянов А.И. Проектирование и строительство зданий и сооружений в сейсмических районах: учеб, пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1985.

4. СНиП П-7-81 Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования. -М.: Стройиздат, 1995.