Явление уменьшения сейсмических колебаний по мере удаления от поверхности земли исследовалось К. Муто (материалы Новозеландской международной конференции по сейсмостойкому строительству). Им дана методика вычисления движения грунтов оснований глубоко под землей, если имеется запись землетрясения на поверхности или около нее, а также проводились исследования микросейсм и одновременные измерения колебаний на поверхности земли и на разной глубине.

Применение грунтовых свай. Сейсмические колебания.

Так, были измерены колебания грунта на глубинах 21, 13, 7 и 0 м, причем на глубине 21 м залегала твердая порода. Отношения максимальных амплитуд колебаний на указанных глубинах к амплитуде на глубине 21 м, принятой за единицу, составили соответственно: 1; 1,5; 2; 5. Уменьшение ускорения по мере удаления от поверхности земли обнаружено Л. Зивертом при анализе двух землетрясений силой около 6,5 балла в мае 1962 г. в г. Мехико.
Были замерены фактические ускорения двумя акселерографами японского типа для измерения сильных движений, установленными на расстоянии 600 м друг от друга. Один из них был установлен в грунте на глубине 1,35 м в городском парке, другой — в подвале 43-этажного здания на глубине 8 м.
Грунтовые условия совершенно одинаковые: до глубины 32 м — очень слабые глинистые грунты (объемный вес 1,16— 1,24 тм3) с песчаным прослойком на глубине 16 м, далее плотные пески толщиной 6 м, подстилаемые среднесжимаемыми глинистыми грунтами.

Здание имеет подвал до отметки —13,0. Плита подвала опирается на набивные сваи длиной 20 м до отметки —33,0. По наружным стенам подвала забит шпунт до глубины 16 м.
Проведенные расчеты показали, что относительная скорость движения грунта в парке при сейсмическом воздействии на 30% выше, чем скорость движения грунта у здания. Меньшая интенсивность движения у здания объясняется тем, что интенсивность движения грунта уменьшается с глубиной. В данном случае интенсивность движения здания была равна интенсивности движения песчаного слоя на глубине 16 м, до которого был заглублен металлический шпунт.
Следует отметить, что строительство указанного 43-этажного здания на слабых грунтах в г. Мехико и законченное в 1967 г. 36-этажное здание в Токио свидетельствуют о больших возможностях современного сейсмостойкого строительства.

Учитывая сложность и большую стоимость натурных испытаний грунтов для определения изменения их несущей способности при сейсмических воздействиях, представляют интерес методы лабораторных определений свойств грунтов при сейсмических воздействиях. Заслуживает внимания метод, разработанный и примененный Б. Сидом и его сотрудниками.
Образцы грунта испытывают в приборе трехосного сжатия, оборудованном специальной приставкой, позволяющей создавать нагрузку на образец по заданному циклу. По этой методике были проведены испытания глин и песков. Приведем некоторые данные из указанных работ.
Сейсмограммы показывают, что во время землетрясения при главном толчке горизонтальное ускорение достигает максимального значения 10—15 раз в течение примерно 0,5 мин. Для изучения поведения грунта в таких условиях необходимо в приборе создать такие же условия приложения переменных нагрузок с учетом постоянной нагрузки, которой подвержен грунт под. фундаментом.
Исследования проводились на трех различных видах глин: от мягко-пластичной с числом пластичности 45 до плотного суглинка с числом пластичности 14—16. Оказалось, что прочность этих трех различных грунтов (по отношению к прочности при стандартных недренированных испытаниях на раздавливание) при нагружении их циклической нагрузкой от 10 до 100 циклов при скорости нагружения два цикла в 1 сек практически мало-отличается от стандартной прочности.

Была также исследована зависимость деформация—напряжение. При этом создавалось напряжение, вызывающее относительную деформацию образца, равную 5, 10, 15 и 25% при 10 и 100 циклах приложения нагрузки. Исследования показали, что при начальном коэффициенте запаса образца между 1,5 и 2 и приложении 10 и 100 циклов нагрузки кривая нагрузка—деформация, построенная по стандартным испытаниям статической нагрузкой, достаточно хорошо характеризует зависимость нагрузка—деформация, полученную при пульсирующей нагрузке.

Все это позволяет сделать вывод, что прочность и деформации глинистого грунта при приложении пульсирующей нагрузки весьма незначительно отличаются от прочности и деформации при статической нагрузке.
По этой же методике проводилось испытание циклической нагрузкой водонасыщенного песка с эффективным диаметром зерен около 0,2 мм и коэффициентом неоднородности 1,5 (по СНиП П-Б.1-62 — песок мелкий). Изучалось влияние следующих факторов: начального коэффициента пористости, обжимающего давления, величины циклического напряжения, числа циклов приложения нагрузки и принятого метода оценки предельного состояния.
Исследованиями установлено существенное влияние всех этих факторов на отношение прочности песка при циклической нагрузке к прочности песка при статической нагрузке в дренированных и недренированных испытаниях. Для испытанного песка прочность при 10 циклах приложения нагрузки и обжимающем давлении 2 кГсм2 снижалась до 10% («остаточная» прочность) по сравнению с прочностью при недренированных испытаниях и до 17—50% по сравнению с прочностью при дренированных испытаниях, причем более значительное снижение прочности наблюдается в рыхлых песках.

Таким образом, проведенные опыты демонстрируют почти неизменную прочность глинистых грунтов при циклической нагрузке и возможное весьма значительное (в 6 раз для рыхлых песков и в 2 раза для плотных) снижение прочности песка.

Интерес представляет и сама методика испытания грунтов, используемых для строительства в сейсмоопасных районах.
Наиболее достоверные результаты расчета сооружений на сейсмические воздействия могут быть получены при применении динамического метода расчета с использованием акселерограмм реальных землетрясений. Акселерограммы, записанные акселе-рографами, установленными на сооружениях с различными типами фундаментов на различных грунтах, позволяют оценить влияние конструкции фундаментов и грунтов на сейсмические усилия в конструкциях сооружения. Поскольку у нас в стране только начинают проводить такие наблюдения, воспользуемся данными Японии, где имеется более 300 станций для записи сильных колебаний при землетрясениях.


Счетчик