УДК 550.34

О влиянии параметров верхней части грунтового разреза на реакцию грунтов при сейсмическом воздействии

А.В. Калинина, С.М. Аммосов, В.В. Быкова, Р.Э. Татевосян

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

Аннотация. В работе анализируется влияние верхней части слоистого разреза на расчетные параметры сейсмической опасности. В рамках эквивалентного линейного моделирования исследовано поведение грунтовой толщи на примере шести сейсмогеологических моделей. Пиковые уровни исходных воздействий варьировались от 0.1 до 0.6 g. Установлено, что характер зависимости физико-механических свойств слоя от величины деформации приводит к изменению амплитуды спектра реакции на свободной поверхности и смещению максимума спектра по частоте. Увеличение мощности верхнего слоя заметно влияет на форму спектров реакции. Рассчитаны изменения значений PGA, коэффициентов затухания и величин деформаций с глубиной, а также скоростные разрезы для разных слоев грунтов с учетом деградации. Показано, что ограничение верхнего предела коэффициента материального демпфирования значением 15 % не приводит к заметным изменениям в форме спектров реакции на свободной поверхности. Грунтовая толща начинает работать на уменьшение пиковой величины входного сигнала, когда его уровень превышает 0.3 g.

Ключевые слова: спектр реакции, кривые деградации, эквивалентное линейное моделирование, коэффициент динамичности, сейсмогеологические модели грунтов, пиковое ускорение.

 
Цитирование: Калинина А.В., Аммосов С.М., Быкова В.В., Татевосян Р.Э. О влиянии параметров верхней части грунтового разреза на реакцию грунтов при сейсмическом воздействии // Вопросы инженерной сейсмологии. 2017. Т. 44, № 4. С. 77–92.  DOI: 10.21455/VIS2017.4-5

Литература

Вознесенский Е.А. Поведение грунтов при динамических нагрузках. М.: Изд-во МГУ, 1997. 288 с.

Калинина А.В., Аммосов С.М., Быкова В.В., Татевосян Р.Э. О применимости стандартного спектра реакции для оценки ожидаемых сейсмических воздействий // Вопросы инженерной сейсмологии. 2017. Т. 44, № 2. C. 61–73. DOI 10.21455/VIS2017.2-4.

Ратникова Л.И., Левшин И.Л. Расчет спектральных характеристик тонкослоистых сред // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1967. № 3. С. 41–53.

Тяпин А.Г. Расчет сооружений на сейсмические воздействия с учетом взаимодействия с грунтовым основанием. М.: АСВ, 2013. 392 с.

Abrahamson N.A., Silva W.J., Kamai R. Summary of the ASK14 ground motion relation for active crustal regions // Earthq. Spectra. 2014. V. 30, No. 3. P. 1025–1055. DOI 10.1193/070913EQS198M.

Boore D.M., Stewart J.P., Seyhan E., Atkinson G.M. NGA-West2 equations for predicting PGA, PGV, and 5%-damped PSA for shallow crustal earthquakes // Earthq. Spectra. 2014. V. 30, No. 3. P. 1057–1085. DOI 10.1193/070113EQS184M.

Campbell K.W., Bozorgnia Y. NGA-West2 ground motion model for the average horizontal components of PGA, PGV, and 5%-damped linear acceleration response spectra // Earthq. Spectra. 2014. V. 30, No. 3. P. 1087–1115. DOI 10.1193/062913EQS175M.

Chiou B.S.-J., Youngs R.R. Update of the Chiou and Youngs NGA model for the average horizontal component of peak ground motion and response spectra // Earthq. Spectra. 2014. V. 30, No. 3. P. 1117–1153. DOI 10.1193/072813EQS219M.

Idriss I.M. An NGA-West2 empirical model for estimating the horizontal spectral values generated by shallow crustal earthquakes // Earthq. Spectra. 2014. V. 30, No. 3. P. 1155–1177. DOI 10.1193/070613EQS195M.

Hardin B.O., Drnevich V.P. Shear modulus and damping in soils: measurements band parameter effects // Proc. Amer. Soc. Civ. Eng. 1972a. V. 98, No. SM6. P. 603–624.

Hardin B.O., Drnevich V.P. Shear modulus and damping in soils: design equations and curves // Proc. Amer. Soc. Civ. Eng. 1972b. V. 98, No. SM7. P. 667–692.

NUREG-0800. Standard review plan for the review of safety analysis reports for nuclear power plants. Washington, DC 20555-0001: Off. of Nuclear Reactor Regulation; Off. of New Reactors, U.S. Nuclear Regulatory Commossion, March 2007.

Ordonez G. A computer program for the 1D analysis of geotechnical earthquake engineering problems. Berkeley: Univ. of California, 2002.

Schnabel P.B., Lysmer J., Seed H.B. SHAKE a computer program for earthquake response analysis of horizontally layered sites, report no. EERC72-12. Berkeley: Univ. of California, 1972.

Seed H.B., Idriss I.M. Soil moduli and damping factors for dynamic response analyses. Rep. № EERC 70-10. Berkeley, California: Earthq. Eng. Res. Center, Univ. of California, 1970. 40 p.

Vucetic M., Dobry R. Effect of soil plasticity on cyclic response // J. of the Geotech. Eng. Div. ASCE. V. 17, No. 1. 1991. P. 89–107.

Yoshida N. Seismic ground response analysis. Springer, 2015. 365 p.

Сведения об авторах

КАЛИНИНА Анна Викторовна - кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7 (499) 254-24-30. E-mail: kalinina_av@mail.ru

АММОСОВ Сергей Михайлович - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7 (499) 254-24-30. E-mail: ammosovser@mail.ru

БЫКОВА Вера Вячеславовна - кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7 (499) 254-53-16. E-mail: vvb@ifz.ru

ТАТЕВОСЯН Рубен Эдуардович - доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7 (499) 254-30-42. E-mail: ruben@ifz.ru

KALININA Anna V. - Ph.D. (phys. and math.), leading researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS. Moscow, Russia. Tel.: +7 (499) 254-24-30. E-mail: kalinina_av@mail.ru

AMMOSOV Sergey M. - Ph.D. (phys. and math.), senior researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS. Moscow, Russia. Tel.: +7 (499) 254-24-30. E-mail: ammosovser@mail.ru

BYKOVA Vera V. - Ph.D. (phys. and math.), leading researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS. Moscow, Russia. Tel.: +7 (499) 254-53-16. E-mail: vvb@ifz.ru

TATEVOSSIAN Ruben E. - Doctor (phys. and math.), principal researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS. Moscow, Russia. Tel.: +7 (499) 254-30-42. E-mail: ruben@ifz.ru

Effect of the uppermost part of the soil profile on the site response

A.V. Kalinina, S.M. Ammosov, V.V. Bykova, R.E. Tatevossian

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Abstract. Effect of the uppermost part of the soil profile on the seismic excitations is analyzed. Six soil profiles are considered. Linear equivalent modeling is applied to calculate the site response. Peak ground acceleration of the input signal to the soil profile varies from 0.1 to 0.6 g. It is shown that the dependence of soil physical-mechanical properties on the deformation lead to variations in spectral amplitudes of the response spectra on free-field. Increase in the thickness of the uppermost layer significantly influences the response spectra shape. The PGA, damping coefficient, deformation, and shear-wave velocity distribution with depth are calculated tacking into account degradation curves. It is demonstrated that limiting the damping coefficient by 15 % very slightly affects the resulting free-field spectra. Soil profile decreases the input signal (PGA) when it exceeds 0.3 g.

Keywords: response spectrum, degradation curves, equivalent linear modeling, seismogeological model of soil, PGA.

Cite this article as: Kalinina A.V., Ammosov S.M., Bykova V.V., Tatevossian R.E. Effect of the uppermost part of the soil profile on the site response, Voprosy Inzhenernoi Seismologii (Problems of Engineering Seismology), 2017, vol. 44, no. 4, pp. 77–92. [in Russian]. DOI: 10.21455/VIS2017.4-5

English translation of the article will be published in Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online), https://link.springer.com/journal/11990), 2018, Volume 54, Issue 4.