Опыт расчета уровня сейсмической опасности для аэродромных комплексов Сибири

Анализируя результаты расчетов, можно сделать следующие выводы:

1. Использование горизонтальной скважины телескопической конструкции по сравнению с одноразмерной горизонтальной скважиной позволяет добиться меньших значений гидравлических потерь давления.

2. Увеличение количества секций в горизонтальной скважине телескопической конструкции позволяет: повысить дебит скважины(рис.5); уменьшить гидравлические потери давления (рис. 6).

3. Оптимизировав диаметры и длины секций горизонтального ствола можно усовершенствовать конструкцию горизонтальной телескопической скважины, повышающую её эффективность.

Список литературы

1. Алхасов А.Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2008. 376 с.

2. Евченко В.С., Захарченко Н.П., Каган Я.М. и др. Разработка нефтяных месторождений наклонно-направленными скважинами М.: Недра. 1986. 278 с.

3. Магомедов К.М., Алиев Р.М., Азизов Г.А. Сравнительный анализ расчета производительности горизонтальной скважины // Геотермия. Геотермальная энергетика. Махачкала. Сб. науч. тр. ИПГ ДНЦ РАН. 1994. С. 50-58.

4. Григулецкий В.Г. Основные допущения и точность формул для расчета дебита горизонтальных скважин // Нефтяное хозяйство. 1992. № 12. С. 5-6

5. Джаватов Д.К. Математическое моделирование геотермальных систем и проблемы повышения их эффективности. Махачкала: Ин-т проблем геотермии ДНЦ РАН. 2007. 248 с.

6. Алхасов А.Б., Магомедбеков Х.Г. Перспективы строительства ГеоТЭС на базе среднепотен-циальных термальных вод // Геотермия. Геотермальная энергетика. Махачкала. Сб. науч. тр. ИПГ ДНЦ РАН. 1994. С. 17-34.

ОПЫТ РАСЧЕТА УРОВНЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ДЛЯ АЭРОДРОМНЫХ

КОМПЛЕКСОВ СИБИРИ

Серебренников С.П.

старший научный сотрудник, к.г.-м.н Джурик В.И. главный научный сотрудникЮ, д.г.-м.н

Брыжак Е.В. старший научный сотрудник, к.г.-м.н

Ескин А.Ю.

научный сотрудник, к.г.-м.н Институт земной коры, СО РАН, Россия, Иркутск

AN EXPERIENCE IN PERFORMING CALCULATIONS TO DERERMINE THE SEISMIC HAZARD LEVEL FOR AERODROME COMPLEXES IN SIBERIA

Serebrennikov S.

Senior Researcher Dzhurik V.

Head of laboratory Bryzhak E.

Senior Researcher Eskin A.

Researcher IEC SB RAS

Аннотация

В статье представлен обзор влияния комплекса приповерхностных слоев грунтов на интенсивность сейсмических сигналов от сильных землетрясений. Рассмотрена возможность подготовки обобщенной базы скоростей сейсмических волн по комплексам грунтов при проведении проектных и инженерно-изыскательских исследований крупных инфраструктурных объектов.

Abstract

This paper provides an overview of the influence of near-surface layers on the intensity of seismic signals generated by large earthquakes. Consideration is being given to the possibility of generalized seismic-wave velocities database provisioning from the grounds in the project studies and engineering research for large infrastructure facilities.

Ключевые слова: инженерная сейсмология, сейсмическая опасность, грунты, приращение балльности, скорости сейсмических волн.

Keywords: engineering seismology, seismic hazard, grounds, intensity increment, seismic-wave velocities.

Пример обзора сочетания различных величин сейсмических воздействий на грунты в естественном состоянии, может быть осуществлен через изучение основных параметров геофизических полей по площади [2,5,6].

Для выполнения поставленных задач, рассмотрено соответствие теоретических и практических построений проявления сейсмических свойств разноплановых грунтов всего инженерно-сейсмологического комплекса крупных территориальных объединений (город, округ).

Проведенные в большом объеме геофизические измерения приповерхностной зоны инженерно-геологического разреза обобщены и их результаты представлены в форме таблиц состояния грунтов в естественных и искусственных средах для аэродромных комплексов Сибири.

В качестве объектов исследований выбраны два производственных объединения Сибири, где в состав производственных объектов и структур входят взлетно-посадочный комплекс.

Инженерно-сейсмологическую ситуацию мы рассмотрим на двух объектах (г. Иркутск, г. Улан-Удэ).

При проектировании и строительстве рассматриваемых производственных объединений учитывалось возможность строительства взлетно-посадочной полосы до 2км и более. Здесь учитывались морфоструктурные особенности рельефа и инженерно-геологическая обстановка. Надо отметить, что не всегда учитывались инженерно-сейсмологические особенности территории расположения данных объектов, эта особенность касается многих государств, тем более десятки лет назад.

Обзор наших исследований мы начинаем с аэродромного комплекса «Иркут», г. Иркутск.

Инженерно-геологический комплекс площадки представлен верхнечетвертичными аллювиальными отложениями, перекрытыми с поверхности техногенными и биогенными образованиями

четвертичного периода. Толща аллювиальных отложений сложена суглинками, супесями и песками средней крупности ниже залегают гравийно-галеч-никовые грунты с песчаным заполнителем. Грунты на территории аэродромного комплекса по степени водонасыщения, в основном, имеют малую и среднюю степень водонасыщения. На отдельных участках аэродромной инфраструктуры обнаружены грунтовые воды вблизи поверхности с глубины 1,54,5 м. Таким образом, на исследуемой территории максимальная отметка соответствуют глубине залегания УГВ от поверхности близкая к 2м. Водовме-щающими являются галечниковый грунт, гравий, пески. Мощность водонасыщенных грунтов до 11 м (данные бурения). Основным водоупорным горизонтом считаются суглинки, глины и песчаники. Эти условия, принимаются для дальнейших расчетов уровня сейсмической опасности.

Результаты измерения скоростей сейсмических волн, необходимые для расчетов сейсмической опасности по методу сейсмических жестко-стей представлены в табличной форме (Табл. 1).

В верхнем слое инженерно-геологического разреза, скорости Ур имеют низкие значения от 250 до 470 м/с. При проведении дальнейших расчетов сейсмической опасности в баллах, этот слой, с относительно низкими значениями скоростей до 2-3 м исключался, а скорости в нем брались соответствующими нижележащему слою, или «средним» грунтам для данного района. Это связано с тем, что при строительстве сооружений этот слой заменяется более плотными рыхлыми грунтами. Следующий слой представлен набором рыхлых неводона-сыщенных грунтов мощностью 2-6 м; Ур меняется в пределах 610-820 м/с, Уз - 300-410 м/с. Ниже залегают гравийно-галечные грунты водонасыщен-ные или с повышенной влажностью. Скорости продольных волн в них находятся в пределах 19002050 м/с, а поперечных в первых меняются от 550 до 580 м/с и во-вторых достигают 800 м/с.

Таблица 1.

Оценка приращений балльности относительно «эталонных» грунтов по методу сейсмических жест-костей на территории комплекса по результатам сейсмозондирований для конкретных площадок (номера

№ с/з h Vp (м/с) Vs (м/с) Vp сред h =10м Vs сред h =10м AIpv AIsv

3,7 360

1 5,5 700 1900 330 800 692 333 0,99 1,09

1,8 360

2 5,2 650 1900 320 800 795 385 0,87 0,96

1,8 440

3 5,3 2,9 740 1900 360 800 856 410 0,82 0,91

1,5 470

4 5 710 1900 350 800 878 423 0,79 0,89

1 320

5 5 610 1900 300 800 836 452 0,82 0,83

6 2 250 600 300 1,96 2,03

2000 550

7 2 260 600 300 1,96 2,03

2050 580

8 2 250 600 300 1,96 2,03

2050 580

9 1,5 300 600 300 2,02 2,09

2000 550

10 2,5 290 600 300 1,89 1,95

2050 570

1,5 320 777

11 2,5 820 2000 410 550 1,18 1,25

12 1 3 270 670 2050 340 570 743 (УГВ=4м) 304 (УГВ=4м) 1,22 1,28

В таблице обозначены Ур,Б и Ур,8 (сред) -средневзвешенные значения скоростей распространения продольных и поперечных волн в 10-ти метровом слое; Д^ и ДIsv - приращение балльности, рассчитанное по продольным и поперечным волнам.

Скорости сейсмических волн в разрушенных и трещиноватых скальных грунтах, учитывая и результаты выполненных ранее исследований по территории г. Иркутска, принимаются для эталонных грунтов как наиболее вероятные значения скоростей в трещиноватых коренных породах: Ур = 2100 м/с, УБ = 1150 м/с и р = 2,4 г/см3. Их сейсмическая опасность принимается 7 баллам.

Эталонные «средние» грунты для нашей территории, учитывая ту же схему (скальные грунты) предъявляются в виде неводонасыщенной толщи рыхлых отложений мощностью не менее 10 м. Скорости сейсмических волн в них приняты равными 600 м/с - Ур и 300 м/с - У8, при объемной массе 1,8 г/см3. Так же учитывались и выполненные ранее исследования по территории г. Иркутска [1]. Сейсмическая опасность таких «средних» эталонных грунтов принимается равной 8 баллам.

В таблице 2 представлены обоснованные сейсмические параметры обобщенных инженерно-геологических разрезов в пределах площадки строительства.

Таблица 2.

Примеры сейсмических параметров для обобщенных типовых разрезов аэродромного комплекса

Инженерно-геологический разрез

Н

Ур

УЭ

Р

Амах,

пески, суглинки, гравийно-галечниковый грунт

8

30 10

670 1900 2100 2400

330 800 1150 1300

1,9 2,2

2.4

2.5

203

гравийно-галечниковый грунт (водонасыщение с глубины 4-5м

4

30 10

да

750 2000 2100 2400

380 550 1150 1300

1,9 2,2

2.4

2.5

231

гравийно-галечниковый грунт (водонасыщение с глубины 1,5-2м

2

30 10

600 2000 2100 2400

300 550 1150 1300

1,9 2,2

2.4

2.5

390

да

Для следующего объекта (Вертолеты России) мы представляем несколько другой вариант сейсмического районирования. Это обусловлено во-первых большей территорией исследований и во вторых сложностью комплекса инженерно-геологических условий. На первом этапе мы используем материалы исследований по микрорайонированию

г. Улан-Удэ и прилегающих территориальных административных округов [4].

Результаты исследования сейсмических свойств грунтов на территории г. Улан -Удэ представлены в таблице 3, в границах административного округа, на территории которого расположен авиационный (аэродромный) комплекс.

Таблица 3

Грунтовые условия Расчет приращений для Среднее значение ско- Расчет приращения

каждой разновидности ростей P и S для верх- балльности с учетом

грунта него 10м слоя 10м слоя

Ip

Пески +1,60 +1,67 685 326 +0,93 +1,1

Скальные грунты -0,03 -0,08

Пески, галечник +1,46 +1,66 510 510 +1,26 +1,45

Песок обводненный +2,46 +2,66

Пески, галечники +1,60 +1,94 430 140 +1,74 +2,14

Галечник обводнен- +2,30 +2,35

ный

Дресва, щебень, пе- +1,46 +1,44 765 413 +0,86 +0,88

сок +0,10 +0,08

Конгломераты

Щебень, песок +1,66 - 1345 - +0,36 -

Конгломераты 0,00 0,00

Грубообломочные +1,30 +1,36 1590 900 +0,23 +0,23

Конгломераты 0,00 0,00

Песок, галечник +1,60 +1,66 480 220 +1,60 +1,79

Галечник обводнен- +2,30 +2,35

ный

Песок, галечник +1,80 +1,94 1125 270 +0,65 +1,28

Конгломераты +2,30 +2,30

Пески +1,46 +1,30

Грубообломочные +0,68 +0,73 975 580 +0,75 +0,78

Конгломераты -0,13 -0,08

Трещиноватые +0,60 +0,50 1720 1000 +0,24 +0,24

скальные 0,00 +0,01

Конгломераты

Пески, скальные +1,68 +1,68 420 200 +1,48 +1,47

грунты -0,18 -0,20

Для территории авиационного комплекса г. Улан-Удэ представлены основные характеристики физико-механических свойств выделенных инженерно-геологических элементов (песчаники и алевролиты - скальные грунты территории).

Дресвяный грунт неоднородный малой степени водонасыщения с заполнителем супесью твердой, с примесью органического вещества. Плотность грунта в естественном состоянии 2,03 г/см3, плотность частиц (р8) грунта 2,71 г/см3. Среднее значение коэффициента пористости (е) составляет 0,397 д.е.

Песчаник светло-коричневый среднезерни-стый средней плотности средне пористый сильно-выветрлый размягчаемый. Плотность грунта в естественном состоянии 2,03 г/см3, плотность частиц (рО грунта 2,66 г/см3. Среднее значение коэффициента пористости (е) составляет 0,371 д.е.

Алевролит светло-коричневый средней плотности средне пористый сильновыветрелый размягчаемый. Плотность грунта в естественном состоянии 2,04 г/см3, плотность частиц (р8) грунта 2,71 г/см3. Среднее значение коэффициента пористости (е) составляет 0,411 д.е.

В гидрогеологическом плане на территории проведения изысканий вскрыт водоносный горизонт верхне-четвертичных-современных пролювиально-делювиальных отложений.

По условиям формирования, режиму и гидродинамическим характеристикам подземные воды относятся к грунтовым. Грунтовые воды зафиксированы на глубинах от 2,8 до 4,6, водоупорным горизонтом скальные грунты (алевролит).

Результаты измерения скоростей сейсмических волн, необходимые для расчетов сейсмической опасности по методу сейсмических жестко-стей представлены в табличной форме (Табл. 4).

Таблица 4

Варианты расчетных сейсмических параметров для обобщенных инженерно-геологических разрезов.

H

Vp

Vs

р

Амах,

Инженерно-геологический комплекс

10

да

2200 2400

1200 1300

2.4

2.5

102

Скальные грунты

2

7

8 10

да

630 1040 1600 2200 2400

270 500 830 1200 1300

1,8

2,0 2,2

2.4

2.5

190

Рыхлые отложения водонасыщенные, скальные грунты

5

6 10

560 1290 2200 2400

260 680 1200 1300

1,8 2,1

2.4

2.5

185

Рыхлые отложения, скальные грунты

да

Таким образом, для проведения расчетов сейсмической опасности по методу сейсмических жесткостей, построения необходимого набора сейсмических моделей и реализации расчетных методов, получены все необходимые данные о составе грунтов, скоростях распространения в них сейсмических волн и объемной массе эталонных и исследуемых грунтов. Данные выполненных расчетов приращений сейсмической балльности, согласно изложенной выше методике приводят к следующим результатам.

Учитывая, что фоновая сейсмическая интенсивность в баллах шкалы МЕК-64 для средних грунтов в двух из трех степеней сейсмической опасности обследованных объектов совпадают можно сделать сейсмопрогноз [2]. Приращения балльности по отношению к эталонному грунту (коренные породы) по методу сейсмических жесткостей, лежат в пределах от 0,79 до 2,09 баллов (Иркутск), и сейсмическая опасность площадки по этому методу оценивается в пределах 7,79-9,09 баллов. Для исследуемого объекта на территории г. Улан-Удэ диапазон изменения балльности менее заметин - в среднем 1 балл и сейсмическая опасность площадки оценивается в 7-8 баллов.

Список литературы

1. Джурик В.И., Серебренников С.П., Дрен-нов А.Ф., Брыжак Е.В., Ескин А.Ю. Методика формирования сейсмического сигнала с целью райони-

рования сейсмической опасности городских агломераций (на примере г. Иркутска) //Известия Иркутского государственного университета. Серия «Науки о Земле». - 2012. - Т.5, №2. - С.96-110.

2. ОСР-2015. Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации. Изменение N 1 СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах СНиП II-7-81* (актуализированного СНиП II-7-81* "Строительство в сейсмических районах" (СП 14.13330.2011)). Дата введения в действие 2015-12-01 приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России) от 23 ноября 2015 г.

3. Свод норм и правил по Общему сейсмическому районированию, часть 1 и 2 // Уломов В.И., В.Г. Трифонов А.А., Никонов и др. М.ИФЗ РАН, 2010, 259 с.

4. Dzhurik V.I., Tubanov Ts.A., Serebrennikov S. P., Drennov A. F., Bryzhak Е. V., Eskin A.Yu. An overview of the technique for seismicity microzonation mapping of the Ulan-Ude city territory // Geodynamics & Tectonophysics, 2015, Volume 6, Issue 3, pp. 365386.

5. Malte I., Wohlenberg J. Microtremor Measurements used to map thickness of soft sediments. //Bull/ Seism. Soc. -1999.-V 89.- No. -1.P. 250-259.

6. Serebrennikov S.P., Dzhurik V.I., Eskin A.Yu. Assessment of drainage area of earth dams and its parameters //Znanstvena misel journal, 2018, Vol.1, No 23, pp.14-18