Сейсмическое действие зависит не только от скорости смещения частиц грунта, но и от периода их колебаний в сейсмической волне. Если период сейсмической волны T по сравнению с периодом собственных колебаний сооружения T0 является очень малым, то сооружение остается практически неподвижным. При Т, близким Tq амплитуда колебаний сооружения достигает максимума и может превышать
sin <р _ sin?p _ sin?s _ sin <рр _ sin <ps
Upi Up2 Us2 Upi Usi
(14.298)
752
Ц. Взрыв в грунте
амплитуду смещения грунта в несколько раз. Устойчивость сооружения зависит также от продолжительности колебаний.
2. Параметры сейсмических волн. Поиски зависимости основных параметров сейсмической волны от параметров взрыва, взаимного расположения очага взрыва и точки наблюдения, ведутся с применением закона подобия. Используя принцип геометрического подобия, М. А. Садовский установил зависимость между скоростью смещения грунта, массой заряда т и расстоянием от взрыва г в следующем виде (см. [14.62]).
u=kc(rrhY°> (14-299)
где кс — коэффициент, зависящий от условий взрывания и распространения колебаний; а — показатель затухания скорости смещения.
В реальных условиях наблюдаются отклонения от закона подобия, так как взрывы выполняются не в безграничном однородном пространстве. Кроме того, даже при взрывах в однородном пространстве, но на значительной глубине, обнаруживается нарушение подобия вследствие действия силы тяжести. Имеются и другие причины, которые ведут к нарушению подобия.
Известно также, что, по мере приближения точек наблюдения к заряду, показатель а и коэффициент кс в формуле (14.299) возрастают, а вследствие несоблюдения условий подобия значения а и кс даже на одном приведенном расстоянии r/m1/3 изменяются в некоторых пределах от одного взрыва к другому.
Показатель а в зависимости от расстояния до места взрыва колеблется от 1 до 3, отражая в большей степени характер преобладающего типа волны, расположения объекта относительно очага возбуждения колебаний, и в меньшей степени — свойства грунта. В широких пределах изменяется также коэффициент кс, характеризующий влияние геологического строения участка, глубину заложения заряда и т.п.
На больших удалениях основное воздействие на сооружения оказывает поверхностная волна, поскольку колебания в ней являются низкочастотными, приближающимися к собственным колебаниям зданий и сооружений, имеют большую продолжительность и амплитуду, и несут в себе максимальную долю энергии сейсмических волн.
Максимальное воздействие от колебательного процесса должно оцениваться модулем полного вектора скорости колебаний
H = }j(u*)3+{uv)3 + (и-)2,
где и* — максимальная скорость колебаний по вертикальному направлению; их, иу — то же по направлениям: линия место взрыва-точка наблюдения и перпендикулярно ей, если скорости колебаний по составляющим достигают максимума в одно и тоже время.
Известно, что в поверхностной волне колебания по вертикальной и х составляющим сдвинуты по фазе на 90°, и их максимальные мгновенные скорости не могут совпадать по времени, у-составляющая является наименьшей по величине и существенно не влияет на величину полного вектора скорости. Поэтому об интенсивности сейсмических колебаний можно судить по ж-составляющей скорости колебаний, которая находится с вертикальной составляющей в соотношении их = \,2buz [14.63]. Таким образом, при экспериментальных работах достаточно получить данные только по вертикальной составляющей, что проще и надежнее.
Ц.6. Сейсмический эффект взрыва
753
т.к. не требует строгой ориентации приборов по отношению к месту взрыва и обеспечивает более стабильные результаты.
В работе [14.28] максимальную скорость грунта в поверхностной волне предложено искать по зависимости
где ki и /«2 — коэффициенты, учитывающие свойства взрываемых грунтов и глубину заложения заряда от свободной поверхности.
Взрыв как сосредоточенного, так и удлиненного зарядов в грунте можно рассматривать как двухстадийный источник колебаний [14.28]. Первый источник — это начальная стадия, когда продукты взрыва расширяются симметрично во все стороны. В окружающем грунте возникают деформации сжатия, которые и порождают объемную волну Р. Второй источник — это куполообразное поднятие грунта в эпицентральной зоне и связанное с этим поднятием появление в ближней зоне низкочастотных неупругих колебаний.
Подтверждением мнения о взрыве как о двухстадийном источнике колебаний являются результаты эксперимента, включающего в себя регистрацию смещения грунта а2 во времени на эпицентральных расстояниях 3,15 и 150 м при различной глубине заложения заряда массой 4 кг: на дневной поверхности (Zi = 0), на глубине, заведомо обеспечивающей камуфлетное действие взрыва (Zi = 24 м), и на промежуточной глубине (Zi = 8 м).
Как видно из волновых картин этих взрывов (рис. 14.21), низкочастотные колебания отсутствуют на записях колебаний первых вступлений волны P и в последующих колебаниях за характерным расстоянием ги только на записях колебаний поверхности, вызванных взрывом заряда, расположенного на глубинах 0 и 24 м, т.е. в таких условиях взрывания, где отсутствует действие второй стадии взрыва.
