Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Задание сейсмических воздействий для расчетов надежности высоких грунтовых плотин

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Задание сейсмических воздействий для расчетов надежности высоких грунтовых плотин"

Академия наук СССР Ордена Ленина Институт Физики Земли им О. Ю. йкидта

на правам рукописи. УДК 550.34

Нуртаев Бахтиер Сайфуллаевич ЗАДАНИЕ СЕЖШЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ДДЯ РАСЧЕТОВ НАДЕЖНОСТИ ВЫСОКИХ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН.'

04.00.22 - геофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1990

Работа выполнена-в Институте сейсмологии АН Уз(Х?Р Научные руководители:

Доктор технических наук, профессор В. U. Лятхер 'Доктор технических наук Л. М. Плотникова Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук В. В. Ютейнберг Кандидат фиаико-математических наук А. В. Сувилот

Ведуте предприятие- Институт сейсмостойкого строительства и сейсмологии АН ТаджССР

Занята состоится _"..ноября___1990г.

# —JA— часов на заседании слециалиэироьанюго Ученого совета по геофизике ШЮЯ. 08. 04 Института Физики Земли им. О. Ю. Шмидта АН СССР, 123610, г. Москва Д-242, В. Грузинская, 10 .

С диссертацией можно оэнатмиться в библиотеке' Института Физики Земли АН СССР. <-. Автореферат разослан " 1? " cA^T^opS 1990г.

Ученый секретарь

специализированного совета Г. Л. Носа;"

I

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Повышение уровня научного обоснования ¡роектов гидротехнических сооружений, в первую очередь больших плотин, является характерной чертой исследований послед-(ич лет. Оно свягняо с разработкой и совершенствованием мего-шз расчетов плотин с учетом факторов, определяющих их работу > реальных условиях. Особую остроту эти вопросы приобретают в :вязи с интенсивным строительством больших плитин и горных ¡еРсмоактивных районах. Проблемы оценки сейсмического воздей-!твия на высокие плотины, определение реакции на это воздейс-ьие гидросооружений представляет одну из сложных и малоизу-шиннх проблем современного строительства. Трудности решения 1Т0й проблемы свя&нны со спецификой условий районов строительства высоких плотин, конструктивными особенностями и теми говышенными требованиями, которые предъявляются к надежности ■тих уникальных сооружений.

Современные методы расчету сейсмостойкости высоких плотин ¡рь-дусматривают использование количественны* характеристик ак воздействий, так и свойств грунтов сооружения. При расче-е и проектировании гидротехнических сооружений расчетные характеристики, как правило, определяются достаточно произволь-ю. Такой подход снижает значение достижений в области мсто-• ¡ов расчета и приводит к существенным погрешностям в оценке ейсмостойкости объектов.

, Следует отметить, что колебания плотин, особенно из грун-овых материалов, при землетрясениях носят сложный характер в илу их большой протяженности в плане, -соис-меримой с длиной олни4. Несинхронность колебаний различных точ»ж основания со-■ру.тенйя может окапать, значительное влияние на динамическую »'акцию сооружения и отразиться на сейсмическом эффекта.

Диссертационная работа содержит результаты исследований, ¡■шолнешшх в Институте сейсмологии АН УзССР по проблеме 74. 03 "Ойемслогия и сейсмостойкое строительство" в еоот-

ветствки с заданиями 06.01 ( -этапы Н2а, Н2ж) и 04.01 (отапы не, Н1б).

Целью работы является: построение физически обоснованной вероятностной модели сейсмических воздействий для расчета надежности больших гидротехнических сооружений, расположенных в сейсмоактивных районах» с учетом особенностей сейсмического - режима, геолого - тектонических условий района, динамической реакции сооружения, неопределенности задания физико - механических свойств сооружения.

В задачи работы входит:

- Изучить региональные особенности частотного состава землетрясений, зависимость параметров сейсмических воздействий от магнитуды и расстояния на основе анализа экспериментальных данных;

- Изучить особенности волнового поля к распределения сейсмического эффекта в основании и бортах каньона, с учетом разрешающей способности системы натурных наблюдений на гидросооружении;

- Определить динамические параметры колебаний плотины грунто-иго типа по данным наблюдений на сооружении;

- Изучить пространственный характер колебаний сооружения при' землетрясениях из различных потенциально опасных зон района;

- Разработать методику задания сейсмических воздействий для использования при расчетах надежности сооружения с учетом региональных особенностей сейсмического режима, свойети среды, очаговых спектров и грунтов оснований сооружения.

£ качестве физической модели использована Чарвакская плотина, расположенная в наиболее сейсмоактивном районе Ташкентской области, на которой с 1979 года Функционирует автоматизированная система сейсмометрических наблюдений (АССН).

Научная новизна работы:

Реализация результатов работ Установленные региональные зависимости размера зоны подготовки от магнитуды землетрясения 15 зависимости максимальной возможной магнитуды от уровня сейсмической ^ктиенссти использованы для уточнения степени сейсмической опасности района расположения уникальных объектов.

Региональные параметры закона затухания с расстоянием использованы при расчете сейсмической сотрясаемости наценке сейсмического риска для Чарвакского района. Выявленные- закономерности поведения грунтовых плотин при сейсмических воздействиях, синтезированные велосиграммы сильных землетрясений, полученные по предложенной методике, используются для поверочных расчетов сейсмостойкости Чарвакской плотины.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Республиканской научно-технической конференции "Сейсмология и сейсмостойкое строительство" (Ташкент, 1988г); Всесоюзном совещании "Вопросы инженерной сейсмологии" (Ленинакан,19в8г); Комиссии Академии наук социалистических стран по проблеме планетарной геофизики КАПГ (Москва, 1Шг).

ОбЬем работы. Диссертация состоит из сведения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на ЧО страницах машинописного текста, Зв рисунков, 12. таблиц,список использованной литературы содержат МО наименований.

Автор глубоко благодарен своим научным руководителям -доктору технических наук профессору К Н. Лятхеру и доктору технических наук Л И Плотниковой. Автор искренне признателен кандидату технических наук И. Н. Иьаиенко, творческие беседы и совместная работа с которым способствовали формированию научной позиции и воззрений автора. Автор благодарит также В. Пиегчренко, Б. М. Фремда, С. С. Сейдузсву, Р. И. Ино-

1. Получены новые закономерности и зависимости параметров сейсмических колебаний основания, бортов каньона и тела казенно- набросной плотины от магнитуды землетрясения и гиио-центральисго расстояния по данным АССН на гидросооружении. .

2. Получены региональные зависимости: размера зоны подготовки от магнитуды землетрясения, магнитуды максимальных возможных землетрясений от уровня сейсмической активности, затухания сейсмической энергии с расстоянием. 3. Определены динамические параметры колебаний каменно - набросной плотины по данным наблюдений на сооружении и проведено сопоставление с аналитическими расчетами выполненными по МСК и МКЭ. 4. Изучен пространственный характер колебаний сооружения при землетрясениях и взрывах. Отмечена несинхронность колебаний различных секций вооружения и бортов каньона на частотах свыше 5 герц. 5. Разработана методика задания сейсмических воздействий для использования при расчете надежности сооружения с учетом региональных особенностей сейсмического режима, очаговых спектров, свойств среды, динамической реакции сооружения и неопределенности задания фи&ико - механических свойств сооружения.

Практическая ценность. Предложенная методика позволяет производить оценку ожидаемых сейсмических'воздействий с учетом случайного характера появления землетрясений, особенностей процессов колебания грунтов, основания и динамических параметр 'в сооружения и обеспечивает переход на динамический методы расчета высоких плотин, что необходимо при поиске эко-' комичных путей обеспечения сейсмостойкости этих ответственных эбъектов. .

Полученные закономерности поведения грунтовой плотины, Зортов каньона с учетом частотного состава сейсмических воз-цейс-твий являются основой для построения динамической модели и прогноза сейсмической реакции каменно-набросной плотины при максимальных возможных землетрясениях района.

. - б -

Р. Мак Гуайра, Н. Ньшарка, М. Трифунака и др.

Особую актуальную проблему представляет оценка сейсмической опасности районов строительства больших плотин. Сложность этой проблемы определяется размерами, конструктивными особенностями и теми особыми требованиями, которые предъявляются к надежности этих ответственных объектов, разрушение которых может вызвать ущерб много больший стоимости самого гидротехнического сооружения. Это обуславливает необходимость выработки особых подходов к оценке сейсмических воздействий при обосновании проектов больших плотин. Методам оценки сейсмической опасности и определения расчетных параметров сейсмических воздействий для гидротехнических и энерготехнических сооружений, посвящены работы Е. Г. Бугаева, В. А". Головина, И. П. Кузина, В. KL Лятхера, Е Г, Напетваридзе, А.И.Савича, А. В. Сувилоьой , др.

Корректное решение проблемы задания сейсмических воздействий на уникальные сооружения, типа ГТС и АЭС, связано с накоплением региональных данных по инструментальным наблюдениям на объектах.

Результаты таких наблюдений необходимы как для установления обоснованных количественных методов оценки сейсмичности площадки, так и для проверки правильности и уточнения методов расчета сейсмостойкости сооружений. Такой подход был принят в СССР. США, Японии и других странах.

Подходы, основанные на положении теории надежности, по-видимому, наиболее пол:ю охьатчвают садачу сейсмостойкости сооружений и позволяет согласовывать инженерно-сейсмологические, строительные и социально-экономические аспекты задач сейсмостойкого строительства. Вопросами применения теории надежности к проблемам сейсмостойкости грунтовых плотин занимались: Т. С. Атраховз, И. Н. Ивапрнко, В. М..Лятхер, Ц. Е. Мирцхулава, ilL Г.-Напетваридзе, Г. С. Селезнев, 'С. Г. Шульман, Г. Мариниер,

гамова, Е.Г.Попову, Е А. Головина, Ф. Ф. Аптикаева за ряд ценных замечаний и практическую помощь на завершающем' этапе исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава включает в себя обзор советской и зарубежной литературы по исследуемым в диесертфшо'нной работе вопросам и постановку задачи исследований.

Современные методы расчета сейсмостойкости крупных гидротехнических сооружений сснованы на решении эадач волновой динамики и требуют привлечения результатов более совершенных и детальных сейсмологических исследований. Для расчета высокой грунтовой плотины необходимо задание сейсмического воздействия в виде велосиграммы (акселерограмма, сейсмограммы) максимального возможного землетрясения. Вопрос об оптимальном выборе конструкции по экономическим и прочностным показателям, с учетом возможных сейсмических воздействий,базируется на вероятностном подходе к оценке степени сейсмической опасности района и определению расчетных параметров сейсмических воэ-' действий.

Обсуждению проблемы прогнозирования параметров сейсмических воздействий на основе анализа данных инструментальных наблюдений посвящено довольно много работ. Варианты решений многочисленны, они содержатся в работах отечественных и зарубежных специалистов Я. М. Айзенберга, ф. ф. Аптикаева, С. С, Дубинина, А. М. Жарова, Т. Г. Ивановой, С. В. Медведева, Я Н. Михайловой, А. Г. Назарова, И. Л Нероесова, А. В. Сувиловой, Н. И. «Троло ьой, Ю. Г. Чернова, а Е Шебалина, В. В. Шгейнберга, а Амбрасей--и, Д. Бура, В. Джойнера, Дж. Джусто, Р. Егучи, К. Канаи, К. Кемчбеллч,

Ф. Сидьвейра и др.

Критерием обоснованности расчетных методов и правильности ^одоленных в расчет данных, характеризующих сейсмическое воздействие и динамические свойства грунтов, в значительной мере шляются натурные наблюдения за колебаниями сооружений и их оснований при землетрясениях и сопоставление с данными, Полуниными расчетным путем.

Комплексный подход при1разработке методики оценки сейсми-юских воздействий на уникальные сооружения типа ГТС и АЭС 5ключает проведение следующих последовательных этапов иссле-юваний: 1. Изучение региональных особенностей сейсмических юздействий; оценка параметров сейсмического режима; величины отксимального возможного землетрясения; периода повторяемости сильных землетрясений (расчет сейсмической сотрасаемости); сарактера затухания сейсмической энергии с расстоянием; час-■отного состава землетрясений потенциально опасных очаговых юн района; амплитуды и длительности сейсмического воздейст-<ия. 2. Изучение на основе системы натурных наблюдений сейсмической реакции плотины, динамических параметров колебаний Котины, ее отдельных элементов и Сортов каньона; динамичес-:их характеристик грунтов тела плотины с учетом их лнтологи-¡еекой неоднородности. 3. Разработку методики задания сейсми-[еских воздействий на ответственные сооружения, с учетом не-шределенности параметров сейсмических воздействий, свойств' •рунтоь сооружения, и оценки пределов применимости расчетных :хем сейсмостойкости грунтовых плотин, регламентируемых стро-ггельными кормами.

№. плотик? Чарвакской ГЭС с 1979 года функционирует" авто-(агизированная система сейсмометрических наблюдений.- За время эксплуатации АССН получено большое количество записей колеба-[ий плотины и ее основания при землетрясениях и промышленных срывах. Накопленный к настоящему времени материал инетрумчн-

тальных наблюдений А Чарвакском районе позволяет реализовать комплексный подход.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ РЕГИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ.

В главе рассмотрены вопросы, связанные с оценкой сейсмической опасности района расположения плотины Чарвакской ГЭС, оснащенной автоматизированной системой сейсмометрических наблюдений.

Корректность решения рассматриваемой проблемы зависит от использования зависимостей, отвечающих условиям района. Это относится к определению размеров зон подготовки сильных зем-' летрясений, закону затухания сейсмической энергий с расстоянием, зависимости величины максимального возможного землетрясения от уровня сейсмической активности, глубин очагов возможных землетрясений и т. д.

Проведены ретроспективные оценки размеров разрывов ь очагах и областей подготовки 4.3 < М < 5.7 сильных землетрясений Ташкентского района. Расчеты размеров очагов проведены по значениям угловых точек спектров г ( Г ) этих землетрясений и контролировались измерениями плащей »¡я-^рппков и первой изосейотм ( Плотникова, Нуртнев, 19М).

Значения величины г (М) полученные как средние и« определений по отдельным параметрам аппроксимируется ¿-авиоимостьм вида:

1? Г ,кт - 0,257К_- 3,00

г Дт - 0.463М 1,972

Исходя из полученных соотношений, размер зоны подготовки Я землетрясений 4.3 ^ М 5.7 , в условиях сейсмотектонических

структур района составляет R -(8-lü)r. Таким образом, полученные зависимости г(М) и R(r) для условий структур Ташкентского района отличаются от среднестатических, где R-Зг (Ризни-ченко,1979).

На основе анализ а опубликованных райог и исследований экспериментальных данных, проведенных автором, получены зависимости Кмах (А^ для рассматриваемого района:

lff А «о - 2Г85 + 0.1Э (Ктах- - 15) , для К < 15

1? А,о - 2Г85 + 0.33 (Ктах - 15) . для К > 15

Для района расположения плотины с учетом размера структур и глубин очагов возможных землетрясений по региональным корреляционным зависимостям Кмах (А ) проведены расчеты карт Кмах. По полученным данным максимальные землетрясения, которые могут возникать в пределах Вричмуллинско - Пскемской и Каряан-тауской структур будут иметь энергетический класс Кмах - 16, Ммах - 6.8; для Кумбель - Кенкольской структуры Кмах - 14. 5, Ммах - 5. 3 . По зависимости J (Ктах.Н), полученной по результатам макросейсмических обследований сильных землетрясений Ташлентского района землетрясения Кмах

- 16, U - 0.8 из Еричмуллинско - Пскемской или Каржантауской зон может дать в районе створа плотины сейсмический эффект, соответствующий 9 баллам. Полученные оценки Кмах подтверждается палеосейсмологическими (Ходлаев, 1985) и геолого-геофизическими данными (Алимов, 1989).

Сейсмостойкость сооружения определяется не только величиной максимального возможного землетрясения, но и частотой его повторения. Расчеты сейсмической сотрясаемости для района были шканены с использованием локальных значений всех исходных параметров ( программа 0.0. Оейдузовой). Получены нериодя

повторяемости событий с интенсивностью 7,8 и 9 баллов - Т -100 лет, Т - 500 лег, Т - 5000 лет. При оценке надежности сооружения, сейсмическое воздействие рассматривается как случайная нестационарная функция времени. Необходимая степень подробности описания этой функции зависит от принятой методики расчета и технологических особенностей конструкции, рассчитываемой на сейсмостойкость. Во всех случаях характеристика воздействия должна назначаться с определенной вероятностью Р непревышения воздействия за фиксированный срок. Таким образом, первым этапом статистического прогноза воздействия является выбор вероятности Р с учетом меры ответственности сооружения, Для построения функции распределения магнитуд землетрясений использованы значения угла наклона графика повторяемости У и А <0 , рассчитанные . за различные инт< рвалы времени наблвдений. Функция распределения магнитуд

построен - в предположении, что появление землетрясений

- ЛЬ

соответствует Пуаесоновскому процессу Р - е ^ , где Т0- фиксированный срок ( срок службы соору/кния -100 лет), Тэ- средний период повторяемости землетрясений определенной интенсивности.

Таким образом, наличие сети высокочувствительных сейсмос-танций позволило полечить региональные зависимости размера зоны подготовки от магнитуды землетрясения, магнитуды максимального возможного землетрясения от уроьнл сейсмической активности, установить закон затухания сейсмической энергии с расстоянием, отличамциеск от среднестатистических. Это позволило провести оценку степени сейсмической опасности дифференцированно для отдельных потенциально опасных структур района. .Сделаны- рекомендации по учету повторяемости землетрясений ы. времени в соответствии с требованиями теории надежности.

Глава 3. ПОВЕДЕНИЕ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ ПРИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ И ВЗРЫЕАХ

В главе,для обоснованного задания сейсмических воздействий на гидросооружение, приведены результаты исследований за-сономерчостей поведения бортов каньона, основания и тела казенно - набросной плотины при землетрясениях и взрывах.

Плотина Чарвакской ГЭС является высоконапорным сооружени-'М с каменно - набросной плотиной 168 м, подпором 148 м. Име->т симметричный поперечный профиль с центральным вертикальным !дром из суглинка, боковыми призмами из горной массы извест-1яка Длина по гребню - 720 м. по основанию - 413 м, ширина ю гребню 13 м, по основанию - 550 и.

Идеология и структура АССН. функционирующей с 1979 года «I плотине, гФормулирована в работах Л Я Плотниковой. Измериге льный комплекс АССН включает 23 точки наблюдения, расположенных на разных отметках в пределах отдельных элементов тела тлотины, по основанию, бортам каньона и вне тела плотины ; рис.1 ). Все точки наблюдения оснащрйч сейсмодзтчиками для грехкомпонентной регистрации скорости см^ний ( вдоль плотины - Y, поперек плотины - X, вертикальной -. Z ) в заданном динамическом и частотном диапазоне. Используется два тина регистрации - цифровая запись на магнитную ленту с частотой опроса 0.01с и аналоговая, что определяет ьысокую разрешающую' гиосоС. лть системы в определении собственных частот сооружения. Система работает в ждущем режиме. База данных включает 1119 записей колебаний бортов каньона, тела и основания плотины при землетрясениях 1 < M < 7.0 с эпицентральных расстояний 9 - 500 км и 95 записей колебаний от промышленных взрывов мощностью 90 - 5000 кг с расстояний 0.3 - 12 км (рис. 2).

Частоты собсгьенных колебаний плотины определялись по амплитудно - частотным характеристикам (АЧХ) сооружения, рассчитываемым по. отношению спектров выхода ( точки на гребне) к

входу ( падающий сигнал в основании плотины).

В* горизонтальных составляющих колебаний каиенно - набросной плотины выделены восемь собсвенных гармоник: 1.3 - 1,6; 1.8 - 2,0; 2,5 - 2,8; 3.3 - 3,6; 4,2 - 6,0; 6,2 - 6,5; 9.4 -10,5 гц. Подучено совпадение значений собственных частот колебаний в продольном и поперечном направлениях, что указывает на сдвиговой характер перемещения сооружения при сейсмических воздействиях.

Вертикальные колебания плотины имеют более высокий'спектр собственных частот, выделены четыре гармоники - 2,6 - 3,3; 4,2 - С,0; 6,5 - 7,7; 10,2 гц.

При анализе колебания плотины в пределах регистрируемого диапазона частот выявляется зависимость частотного состава колебаний плотины" от сечения: в створе, совпадаем с русловой частью реки ( створ 9-9) колебания плотимы г»>л»<.-

АССН на Чарчик^кой плотине, г,^й',мич»»еки*> станции: 1-осннарннке полним комплектом датчиков ОМ-3 и ООП. С- оскчцгнкы* Датчиками ОСП, 3-центральный пульт регистрации.

Зх

Нч

'УЛг"4^

' * о

ах

-A^lfljniA^

0 ¿C.....! ¿o i* i uO 4 wj sw

r^-n)

I

Pkc. 3, Злпнс» жодвбанха в -основания плотник (6 т.н.), моего (6 т.ж.) я правого (I f.и.) борта инмна. точкя вне плотям (14 т.н.). б - основовяя (ö т.я.)» гребня (3, т.н.) a бермы ua отмстх* 664 и (II, 16 т.н.) плотник арк >»мм-тряомнн 7.10.1966г. М-4,1 R-70 км

низкочастотные. На- собственных частотах сооружения отмечается увеличение амплитуды колебаний на гребне по сравнению с основанием в 4-5 раз.

С учетом направления смешений в различных точках тела плотины в один и тот же момент времени, построены Формы собственных колебаний плотины при сейсмических воздействиях. Установлена неоинхронность колебаний различных секций плотины на высоких гармониках собственных колебаний в поперечном и вертикальном направлениях. Колебания основания и левого борта при сейсмических воздействиях из потенциально - опасных зон района оинфазны по амплитуде и ,в среднем, совпадают. Колебания правого борта слабее и составляв в среднем порядка 0,7 по сравнению с основанием.

Спектральный состав колебаний оснований, правого и левого бортов каньона не всегда совпадает. Обьяснить эти различия направлением прихода волны не удается. Отмечено, что совместные колебания системы основание плотины - борта каньона носят сложный характер, не отвечающий обычным представлениям о "платформенном" эффекте землетрясения.

-По спектральному составу землетрясения, зарегистрированные в основании плотины, можно разделить на 4 группы: 1 группа - близкие сильна землетрясения 3,9 < M - 5,0 в интервале расстояний R - 17-30 км; 2 группа - близкие слабые землетрясения - 1,3 < M < 3,4, R - 10-80 км; 3 группа - сильные удаленные - 4,3 < M < 6,0, R - 80-200 км; 4 группа - удаленные средние - 3,8 < M <-4,3, R - 65-170 км.

По каждой группе отмечается тенденция значительного смещения максимума спектральной плотности в низкочастотную область с увеличением магнитуды воздейстния.

Для калдого отдельно взятого землетрясения спектральный

состав колебаний основания по трем составляющим ( X, У, 1) различен, огибающие спектров групп совпадают. •

Максимум спектральной плотности велосиграмм максимального возможного землетрясения будет находиться с наибольшей вероятностью в интервале частот от 1 до 5 гц.

Для построения огибавших записей были выбраны землетрясения с эпицентралы'.ыя расстояний И - 9-180 км, магнитудой от 3 до 5,3. За огибающую принималась" линия, проходящая через максимальные амплитуды на участке записи, от момента вступления

Э - волны до того момента, когда двойной размах амплитуды со-

%

измерим с амплитудой фона Полученные огибающие можно разделить на две группы : И - 9 - 30 кы, I? - 50-180 км. В первой группе максимальная амплитуда достигается через 1-1,5 с после вступления 5 - волны и огибающая имеет крутые склоны. Во второй группе максимумы появляются через 3-4 с после вступления Э - волны, склоны огибающей Солее пологие. ГЬскольку большую опасность для плотины представляют землетрясения первой группы, то при синтезировании записей максимальных возможных землетрясений время наступления максимума записи принимается равным - 1.5 с.

Влияние уровня водохранилищ на характер колебаний плотины изучалось по записям 230 землетрясений 1 < М < 6,2, ааре--гистрированных АССН за период 1979 - 1987г. г. Сравнивались коэффициенты усилении колебаний гребня плотины при уровнях ьоды больше и меньше 100 м по трем составляющим. Полученные данные указывал» на возрастание коэффициентов усиления колебаний плотины в поперечном и вертикальном направлениях при повышении уровни ьоды в водохранилище (при работе сооружения в упругой стадии).

В направлении вдоль оси плотины происходит понижение коэффициента усиления с увеличением уровня воды е водохр'-нили-14с. Учитывая, что наиболее опасными длл сейсмостойкости пло-

тины являются колебания в первых двух направлениях, сделан вывод, что устойчивость сооружения менее обеспечена при уровне водохранилища выше 100 м.

Глава 4. МЕТОДИКА ЗАДАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ. .

В глазе описана методика задания сейсмических воздействий для расчета надежности грунтовой плотины и приводятся результаты сопоставления оценки надежности плотины с использованием предложенной методики и регламентируемых строительными нормами.

Параметризация записей землетрясения . осуществляется с учетом характерных . для створа плотины геолого-тектонических особенностей потенциально-опасных очаговых вон района (ПООв), применительно к которым условия возникновения очагоз эемлет-Г ясекий определенной магнитуды предполагаются стационарными. В качестье факторов,характеризуидах сейсмическое воздействие приняты, параметры : максимальная амплитуда скорости колебаний А, преобладающий период~Т и относительная длительность Клок - схема решения задачи и последовательность операций приведены на рис. 3. Алгоритм расчета функций распределения параметров записей землетрясений построен для функций распределения максимальной амплитуды скорости колебаний.

1. Строятся условные функции распределения Г1(А/Ы) параметра А при условии реализации землетрясений магнитуды Ы в

£ - ой очаговой зоне.

2. Функции распределения Р (А/Ш пересп^ившится для места расположения плотины - условная функция Г'{АС/М) мо*е^

Рис. 3 Елок - схема задания сейсмических воздействий для расчета надежности сооружения.

Сыть получена изменением масштаба с учетом затухания.

3. По формуле полной вероятности безусловная Функция распределения параметров А для землетрясений, генерированных в основании плотины из I- ой очаговой зоны:

М млкс

Г 1(ЛС/1) » ^ Н(ЛС/М) У (КО <1М. И Ими

где ^'(Ю № /М; >й Ю-1-ехр(-1/Ц); Ь-срок службы сооружения-, средний период повторяемости землетрясений о .магни-тудой М; М макс - максимальнее возможное значение,магнитуды землетрясений, генерированных из ¿~ ой очагосой зоны; М мин -минимальна« учитываемая магнитуда.

4.: В предположит! статистической независимости случайна,-событий - реализаций землетрясений в каклй - либд и;; очаговых зон, определяется искомая функция распределения параметров землетрясений А : ' -

? -(ЛС,1) » £ (Дс/1) ~ | р (_АС ,М> ^М)

И ими

Аналогичным ОбраЗОМ строятся ФУНКЦИИ распределения ПрЛОб-лздахвдх периодов ? (Т) и длительностей: Р^Го^-У.

И| -.се

' Г 1. Т/1 ) ■ I Р ст ,М) VI'(М) <зм

Н мкн М'м*«'

Г (ТоГ^) ] Г (Г0^.М) dM

^ммн

5. Моделируется ансамбль сейсмических воздействий различной обеспеченности; минимальное количест1<о сочетаний варьируемых параметров записей определяется необходимостью достаточно точного опис-амш граять области допредельного состояния плотины.

По данным АССН построены функции распределена параметров

V макс, Т и î^j-для створа Чарвакской плотины (для срока эксплуатации t - 100 лет) в соответствии с описанной'методикой. Мэ- ' делирование велосиграмм осуществлено программой ACLRAN, разработанной в И26 АН СССР ( Салганйк, 1987). Коэффициенты подбирались таким образом, чтобы полученные исскуственные вело-сиграммы имели максимальную амплитуду, преобладающей период и длительность, соответствующие определенной-вероятности непре-вьшюнин.

Согласно методики расчета надежности сооружения необходимо определить совокупность действующих факторов, характеризующих его состояние. С целью определения влияния различных расчетных параметров была проведена серия расчетов устойчивости откосов. В качестве факторов первой группы рассматривались сейсмические воздействия интенсивностью J - 7,8,9 баллов и уровень воды в водохранилища. Из факторов второй группы, характеризующих свойства материалов, в расчетах, учитывалась величина сцепления материала упорных призм. Показателем состояния сооружения определена величина коэффициента запаса устойчивости откоса Кпредельное значение которого, согласно СНИП 11-7-81 принято K^uî- 1.185. -

Для определения вероятностных характеристик варьируемых факторов построены функции их распределения. Расчет проводился по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения; К^ц оценивалась по формуле ВНИИГ - Терцаги.

Проведена серия из 27 расчетов для различных сочетаний 3-х изменяющихся (факторов: интенсивности сейсмического воздействия^ - 7,8,9 баллов, уровня воды в водохранилище H 135,100, 70м и величины сцепления материалов упорных призм С - О; 3; . 9т/м. Значения минимальных коэффициентов запаса устойчивости откоса приведены в таблице 1.

Установлено, что коэффициенты запаса устойчивости откосов зависят от значений всех варьируемых параметров. Возффи-

Таблица 1.

Значения минимальных коэффициентов запаса устойчивости верхового откоса плотины для разных уровней воды Н, интенсивности сейсмического воздействия J и сцепления материала С

Н,м : J : С - 0 : С - 3 : С - 9

70 7 1,41 • 1,82 1,92

•70 а 1,29 1,45 д. 60

70 9 1,05 1,22 1,33

100 7 1,37 1,64 1,73

100 8 1,25 1,33' 1,55

100 9 1,04 1,11 1,23

135 7 1,35 1,55 1,70

135 8 1,03 1,23 1,42

135 9 0,69 0,91 1.14

циент надежности рассчитан по вышеизложенной методике как интеграл по всей облает**изменения учитываемых случайных факторов в допредельной области, ограниченной поверхностью, харак-теризу|од?йся коэффициентом устойчивости откоса КицН - 1,185

н-1 1-5 р и) р (Н) Р (С) с1Н с1С Зг^н с

.Значение коэффициента Н - 0,9998.

Расчет надежности по вто^му предельному состоянии» ( ш деформациям) проведен по методике НИ«'! .Гидрощ-оект* им. С. А Куки. Решение Выполнено в у»ру!"0 - ПЛЧСТИЧеСКОЙ Ч'Ю'ГЧНОЬКе <

- с.1 -

юпользованием набора полученных (синтезированных) воздействий. позволяпцих оценить степень сейсмической опасности для юоружения землетрясений разного типа Серия расчетных воздействий получена с учетом полученных функция распределения и варьированием уровня амплитуды, длительности .и частотного состава . В качестве опасных остаточных деформаций принимается уровень 2-ЗГ. если зона, охваченная остаточными деформацией занимает достаточно большую плошадь в теле плотины и вы-содит на поверхность откоса ( Рекомендации по оценке надед-юсти гищютехнических сооружений, 1986).

Анализ результатов расчетов НДС плотины показал, что ¡ри длительности воздействия от двух до четырех секунд наибольшее влияние на образование зон остаточных деформаций, жпдывает длит^льн^от}- кодебчний в максимальной фазе.

При длительности воздействия 2-3 секунды увеличение ам-шггуды сигнала от 12 ом.'с до 90 см/с не создает необратимых ;е$ормаций опасных для сооружения при лк/5ом спектральном составе воздействия. При увеличении длительности воздействия с 1с до 8с более опасным для сооружения становится увеличение 1мплитуды сигнала до 22 см/с и, в некоторой степени, уменыве-ше преобладающей частоты. Наиболее опасными воздействиями да плотины являится воздействия с преобладающими частотами - 2 гц, чти совпадает с полученными ранее оценками еобствен-1ых частот сооружения. г'«:с читанные дополнительные сейсмические де^ирмапии локализованы в профиле плотины и совпадают с результатами расчета устойчивости откосов.

ОСНОВНЫЕ №)№

1. Пе)>«ход к современным методам расчета гидротехнических ■оору.чрний трег>ует существенного усовершенствования методик »пр^дели-ния как с- йсмических воздействий, гак и динамических

параметров сооружения. Проведенные исследования являются одними из первых в мировой практике в направлении комплексно« подхода к использованию материалов натурных наблюдений не гидросооружении и данных высокочувствительных сейсмически) станций, расположенных в районе водохранилища Такой похо; имег определяющее значение для эффективного проектирования I оценки.эксплуатационной надежности грунтовых плотин.

2. По данным АССН на гидросооружении получены новые закономерности и зависимость параметров сейсмических колебани? бортов каньона, основания и тела каменно-набросной плотины от магнитуды, частотного состава землетрясения и гипоцентрально-го расстояния.

Установлены региональные зависимости размеров зон подготовки от магнитуды землетрясения, магнитуды землетрясений от уровня сейсмической активности, затухания сейсмическое энергии с расстоянием.

4. Изучен пространственный характер колебаний сооружения при землетрясениях и взрывах. Отмечена несинхронность колебаний различных секций сооружения и бортов каньона на частотах свыше 5 гц.

5. Разработана методика задания сейсмических воздействий для для использования при расчете ^дежности сооружения, основанная на учете региональных особенностей сейсмического режима, очаговых спектров, свойств среды, динамической реакции сооружения и неопределенности задания физико - механических свойств сооружения. *

6. Исследовано влияние неопределенности исходных данных, характеризующих сейсмическое воздействие,на результаты оценки

сейсмостойкости гидросооружения.

7. Оценено влияние уровни водохранилища на динамические параметры колебаний плотины и псказано, что сейсмические воздействия наиболее опаенк для сооружения в период максимально-

"о заполнения.

Основное содержание диссертации опубликовано в работ

rax:

1. Плотникова JLM. .Карнаухова О. В. .Нуртаев RС. Кинемати-¿еские и динамические особенности колебаний ЧарЬакской плоти-ш и ее амплитудно - частотная характеристика .по записям промышленных взрывов.// Экспериментальная сейсмология в Узбекистане. Т: ФАН. 1983, С. 53-66.

2. Плотникова Л. М., Нуртаев R С. Некоторые вопросы методи-си и результаты оценки сейсмической опасности территории :троительства уникальных обьектов. // Катоды определения сейсмической опасности. Кишинев, №иница, lS84.c.'lß8-135.

3. Плотникова Л. И. , Нуртаев В. С., Матасова JL М. Условия юдготовки. механизм к динамические параметры очага Назарбек-;кого землетрясения. // Сейсмогеодинамика области перехода от >рогена ТяньШаня к Туранской плите. - Т. ФАНД986,с. 87-102.

4. Иващенко И. Е, Нуртаев B.C. Моделирование записей еиль-1ых движений при расчетах надежности плотин. // Труды Гидроп-юекта, Был. 130.М: Энергоиадат. 1988,с. 34-41.

5. Нуртаев B.C. Влияние изменчивости сейсмологической информации на сейсмостойкость грунтовой плотины. // Вопросы ин-(енерной сейсмологии, тезисы докладов Всесоюзного совещания, к'нинакан. 1988, с. 128^129.