1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика Земли
  4. № 4, 2023

Физика Земли, 2023, № 4, стр. 146-162

Отклик песчаных и глинистых грунтов при слабых и сильных сейсмических воздействиях

Е. В. Дещеревская 1, *, О. В. Павленко 1, **

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

* E-mail: deelvl@gmail.com
** E-mail: olga@ifz.ru

Поступила в редакцию 11.05.2022
После доработки 09.12.2022
Принята к публикации 09.12.2022

Аннотация

Анализируется отклик песчаных и глинистых приповерхностных грунтов (представляющих классы несвязных и связных грунтов) на сейсмические воздействия различной интенсивности по данным наблюдений in situ – по записям вертикальных групп японской сети сильных движений KiK-net. Из общего числа станций (~800) для анализа выбрано по 5 станций с приповерхностными песчаными и глинистыми грунтами, представленными в верхних слоях в наиболее чистом виде. Для “песчаных” и “глинистых” станций по методике [Pavlenko, Irikura, 2003] построены и проанализированы модели поведения грунта при сильных движениях, показывающие вертикальные распределения напряжений и деформаций, вызванных землетрясениями, в грунтовых слоях. Получены близкие оценки усиления сейсмических волн в песках и глинах при слабых движениях и близкие зависимости напряжение–деформация, характеризующие поведение приповерхностных грунтов при сейсмических движениях умеренной силы. Выполнен анализ разжижения песчаных грунтов при сильных движениях (землетрясение Тохоку 2011 г., с Мw ~ 9.0). Исследовано влияние эффектов протяженных сейсмических очагов (направленность их излучения) на поведение песчаных и глинистых грунтов и усиление в них сейсмических волн. Различия в поведении песчаных и глинистых грунтов отмечены лишь при сильных движениях: в песчаных грунтах возможно разжижение при уровне грунтовых вод порядка нескольких метров от поверхности, а в глинистых грунтах разжижения нет.

Ключевые слова: типы грунтов, обводненность грунтов, усиление сейсмических волн в грунтах, нелинейность поведения грунта, эффекты направленности излучения, станции KiK-net.

Список литературы

  1. Инженерная геология России. Т. 1. Грунты России / Трофимов В.Т., Вознесенский Е.А., Королев В.А. (ред.). М.: КДУ. 2011. 672 с.

  2. Мишель А.Г., Шульман С.Г. Динамика многофазных грунтовых сред. С.-Пб.: ОАО ВНИИГ им. Веденеева. 1999. 396 с.

  3. Павленко О.В. Сейсмические волны в грунтовых слоях: нелинейное поведение грунта при сильных землетрясениях последних лет. М.:Научный мир.2009. 284 с.

  4. Aguirre J., Irikura K. Nonlinearity, Liquefaction, and Velocity variation of Soft Soil Layers in PI, Kobe, during the Hyogo-ken Nanbu Earthquake // Bulletin of the Seismological Society of America. 1997. V. 87. P. 1244–1258.

  5. Anderson J.G. Strong-Motion Seismology. International Handbook of Earthquake and Engineering Seismology. Part B. 2003. P. 937–965.

  6. Bard P.-Y. Effects of surface geology on ground motion: Recent results and remaining issues. Proceedings of the 10th ECEE. Duma. Rotterdam: Balkema. 1995. P. 305–324.

  7. Beresnev I.A., Wen K.-L., Yeh Y.T. Nonlinear soil amplification: Its corroboration in Taiwan // Bulletin of the Seismological Society of America. 1995. V. 85. P. 496–515.

  8. Borcherdt R.D. Effects of local geology on ground motion near San-Francisco Bay // Bulletin of the Seismological Society of America. 1970. V. 60. P. 29–61.

  9. Borcherdt R.D. Influence of local geology in the San Francisco Bay region, California, on ground motion generated by the Loma Prieta earthquake of October 17, 1989 .Proceedings of the Int’l Symposium on Safety and Urban Life and Facilities, Tokyo Inst. Tech. Tokyo. Japan. 1990.

  10. Borcherdt R.D., Wentworth C.M. Strong ground motion generated by the Northridge earthquake of January 17. 1994: implications for seismic design coefficients and seismic zonation. Proceedings of the 5th International Conference On Seismic Zonation. Oct. 17–19 1995. Nice, France. P. 964–972.

  11. Caillot V., Bard P.-Y. Characterizing site effects for earthquake regulations in the French seismicity context: A statistical analysis. Proceedings of the 9th European conference on Earthquake Engineering. Moscow. 1990. P. 27–36.

  12. Chang C.-Y., Mok C.M., Power M.S., Tang Y.K., Tang H.T., Stepp J.C. Development of shear modulus reduction curves based on Lotung downhole ground motion data. Proceedings of the 2nd International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics. 1991. P. 111–118.

  13. Darragh R.B., Shakal A.F. The site response of two rock and soil station pairs to strong and weak ground motion // Bulletin of the Seismological Society of America. 1991. V. 81. P. 1885–1899.

  14. Hardin B.O., Drnevich V.P. Shear modulus and damping in soils: Measurement and parameter effects. Proceedings of the American Society of Civil Engineers // J. Soil Mechanics and Foundation Division. 1972. V. 98. P. 603–624.

  15. Hardin B.O., Drnevich V.P. Shear modulus and damping in soils: Design equations and curves. Proceedings of the American Society of Civil Engineers // J. Soil Mechanics and Foundation Division. 1972. V. 98. P. 667–692.

  16. Ishihara K. Post-earthquake failure of a tailings dam due to liquefaction of the pond deposit. Proceedings of the International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering. Univ. of Missouri. St. Louis. 1984. V. 3. P. 1129–1143.

  17. Ishihara K. Stability of natural deposits during earthquakes. Proceedings of the11th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. 1985. V. 1. P. 321–376.

  18. Ishihara K. Liquefaction and flow failure during earthquakes // Geotechnique.1993. V. 43. № 3. P. 351–415.

  19. Joyner W.B., Chen T.F. Calculation of nonlinear ground response in earthquakes // Bulletin of the Seismological Society of America. 1975. V. 65. № 5. P. 1315–1336.

  20. Kawase H. Site Effects on Strong Ground Motions. International Handbook of Earthquake and Engineering Seismology. Part B. 2003. P. 1013–1030.

  21. Kobayashi H., Midorikawa S. Study of site effects in Mexico City using microtremors // Proceedings of Japanese Symposium on earthquake Engineering. 1986. V. 7. P. 355–360.

  22. Kokusho T., Sato K. Surface-to-base amplification evaluated from KiK-net vertical array strong motion records // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2008. V. 28. P. 707–716.

  23. Kramer S.L. Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall, New Jersey. 1996. 653 p.

  24. Pavlenko O.V., Irikura K.Estimation of nonlinear time-dependent soil behavior in strong ground motion based on vertical array data // Pure and Applied Geophysics. 2003. V. 160. P. 2365–2379.

  25. Pavlenko O.V. Possible Mechanisms for Generation of Anomalously High PGA During the 2011 Tohoku Earthquake // Pure and Applied Geophysics. 2017. V. 174. № 8. P. 2909–2924.

  26. Rogers A.M., Borcherdt R.D., Covington P.A., Perkins D.M. A comparative ground response study near Los Angeles using recordings of Nevada nuclear tests and the 1971 San Fernando earthquake // Bulletin of the Seismological Society of America.1984. V. 74. P. 1925–1949.

  27. Rogers A.M., Tinsley J.C., Borcherdt R.D. Predicting relative ground response, in Evaluating earthquake hazards in the Los Angeles region-an earth-science perspective. U.S. Geological Survey Professional Paper 1360. 1985. P. 221–247.

  28. Silva W.J. Global characteristics and site geometry. Chapter 6. Proceedings: NSF/EPRI Workshop on Dynamic Soil Properties and Site Characterization. Palo Alto. Calif. Electric Power Research Institute. 1991. P. 7337.

  29. Singh S.K., Mena E., Castro R. Some aspects of source characteristics of the 19 September 1985 Michoacan earthquake and ground motion amplification in and near Mexico City from strong motion // Bulletin of the Seismological Society of America. 1988. V. 78. P. 451–477.

  30. Tucker B.E., King J.L. Dependence of sediment-filled valley response on the input amplitude and the valley properties //Bulletin of the Seismological Society of America. 1984. V. 74. P. 153–165.

  31. Youd T.L. Mapping of earthquake-induced liquefaction for seismic zonation. Proceedings of the 4th International Conference on Seismic Zonation. Earthquake Engineering Research Institute. Stanford University. 1991. V. I. P. 111–147.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика Земли

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал