CC BY
1УДК 624.131.23:624.138.22
НАРУШЕНИЕ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ ЛЁССОВЫХ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВНУТРЕННИХ И ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ
Хакимов Гайрат Акрамович, к.г.-м.н., доц. email: gayratxakimov [email protected] Ташкентский архитектурно-строителный университет
Искандаров Эркин Буриевич, д.ф.т.н.(PhD). email: [email protected] Ташкентский архитектурно-строителный университет
Байматов Шахриддин Хушвак;тивич, д.ф.т.н.(РШ), доц. email: [email protected] Ташкентский архитектурно-строителный университет
Аннотация. В стате приведены резултаты эксперименталных исследований по изучению некоторых внутренних и внешних факторов существенно влияющих на возрастание нарушения сейсмостойкости лёссовых оснований зданий.
Annotatsiya. Ma'qolada binolarning lyossimon asoslarini seysmik turg'unligini buzilishini ko'payishiga asosiy ta'sir qiladigan ichki va tashqi omillarni o'rganish borasida olib borilgan tajriba-tadqiqot ishlari natijalari keltirilgan.
Annotation. The article presents the results of experimental studies on the study of some internal and external factors that significantly affect the increase in seismic resistance of loess foundations of buildings.
Kлючевые слова: сейсмостойкост, лёссовые грунты, сейсмические районы, ускорение, длителност, землетрясения, устойчивост, амплитуда, частота, уровен грунтовых вод.
Kalit so'zlar: seysmik turg'unlik, lyossimon gruntlar, seysmik tumanlar, tezlanish, davomiylik, zilzila, turg'unlik, amplituda, chastota, yer osti suvi sathi.
Keywords: seismic resistance, loess soils, seismic areas, acceleration, duration, earthquakes, stability, amplitude, frequency, groundwater level.
Введение. Строителство зданий и сооружений на увлажнённых лёссовых грунтах в сейсмических районах, с обеспечением их прочности, устойчивости и надёжной эксплуатaцией является одной из сложных проблем современного строителства [4,5].
Из практики строителства можно привести очен много случаев деформaции зданий и сооружений, возведённых на увлажнённых лёссовых грунтах в сейсмических районах [25]. Эти деформaции вызваны в основном неравномерным погружением зданий в ослабленный грунт при землетрясениях. Исследование закономерностей изменения структурной прочности слабых глинистых, а также увлажнённых лёссовых просадочных грунтов при динамических (сейсмических) воздействиях в зависимости от различных внутренних и внешних факторов, с целю борбы с развитием пластических зон под подошвой фундамента, безусловно представляют собой значителный научный и практический интерес [1,3,6-15].
На возрастание нарушения устойчивости зданий и сооружений, возведённых на лёссовых грунтах в сейсмических районах влияет очен много, в основном следующие внутренние и внешние факторы [16-26]:
а) влияние интенсивности сейсмических колебаний;
б) влияние длителности сейсмических колебаний;
в) влияние грунтовых условий, особенно высокого уровнуа грунтовых вод;
г) влияние болшой мощности просадочных лёссовых грунтов;
д) влияние слабой свяьности молодых-аллювиалных лёссовых грунтов;
е) влияние малой плотности, т.е.болшой пористости лёссовых грунтов;
ж) влияние увлажнение лёссовых грунтов оснований (причинами увлажнения могут быт предварителные замачивания грунтов во времуа подготовки основания к строителству, осуществляемые в качестве борбы с просадочностю, повреждение некоторых инженерных коммуникацией при землетрясении, водопровода, канализацией, теплопровода и пр., при обычных повреждениях водопроводуащей сети, не свяьанных с землетрясением, сток атмосферных осадков в процессе эксплуатации зданий и др.
Эты факторы и приводуат к ослаблению сейсмической устойчивости оснований и в свяьи с этим происходит обшее падение несущей способности основания. Ниже подробно рассмотрим наиболее существенных из них.
Резултаты. 1. Влияние интенсивности сейсмических колебаний. Нарушение устойчивости, т.е. деформация лёссовых грунтов при динамическом (сейсмическом) на них воздействии является весма сложным процессом, протекающим в толще грунта, которые нелзуа оценит по отделным показателям. Значителную рол при этом играют внутренние факторы: состояние плотности-влажности грунта, наличие коллоидных минералов, гранулометрический состав, угол внутреннего трения, силы свяьности и др. С другой стороны, немаловажное значение в определённых условиях могут имет также внешние факторы: величина внешней пригрузки, характер, длителност и интенсивност динамического воздействия [1-10]. Среди этих факторов особенное значение придаётся интенсивности динамического воздействия в степени деформируемости лёссовых грунтов. В соответствии с поставленной задачей для изучения зависимости деформируемости увлажнённых лёссовых грунтов от интенсивности колебания была выполнена серия опытов на образцах лёссовидного грунта.
Изучаемые грунты подвергалис колебанию интенсивностю от 100 до 4000 мм/с2 .(сила землетрясений 4-9 балов по международной шкале MSK-64).В качестве примера на рис.1 приведены резултаты испытаний водонасыщенных лёссовых грунтов на вибрацию при вертикалном давлении Р=0,3 МПа.
Эти опыты дали возможност установит характер деформируемости грунтов от интенсивности колебания, выражающийся резким возрастанием интенсивности деформации грунтов с увеличением ускорения колебания.
Анализ данных опытов показывает, что деформaция грунтов в процессе колебания во многих случаях начинается спустя 5-30 сек. И более с момента приложения динамической нагрузки на грунт, что является характерным признаком для свяьных грунтов.
Установлена обратная зависимост между интенсивностю динамического воздействия и началом деформaции грунта, что является весма важным фактором для прогноза сейсмической устойчивости сооружений, возводимых на аналогичных грунтах.
Наличие началной прочности в структуре свяьных грунтов обусловленной силами сцепления требует для их нарушения определённого времени при интенсивных колебаниях. Это обстоятелство подтверждает ранее сделанный вывод об отсутствии деформaции грунта в случае, если не нарушаются силы сцепления при колебаниях, т.е. когда критическое ускорение болше чем сейсмическое (динамическое) ускорение.
Интенсивност колебания играет болшую рол в ослаблении прочности грунта. Отмечен быстровозрастающий характер деформaции грунта после преодоления
критического ускорения, т.е. после достижения, когда сейсмическое ускорение болше чем критическое ускорение. Это по-видимому объясняется тем, что после преодоления критического ускорения с увеличением внешних ускорений колебания прочностные характеристики лёссовых грунтов резко уменшаются, что приводит к возрастанию деформaции. Такой вывод подтверждается исследованиями многих специалистов (Х.З.Расулов-Узбекистан, А.Н.Мусаэлян-Таджикистан и др.).Далее с увеличением ускорения колебания деформируемост повышается до определённой величины, в далнейшем её рост стабилизируется. Следует отметит, что для каждого отделного вида грунта существует точка, где рост деформaции грунта прекращается с увеличением ускорения.
Так, для лёссовидных суглинков с плотностю 1,40-1,50 т/м3 отмечается рост деформaции от 10 до 70 мм/м при повышении ускорения колебания до 4000 мм/с2. Далнейшее повышение ускорения колебания существенно не влияет на деформaцию грунта. Такое положение объясняется тем, что при длителном сотрясении при той или иной нагрузке происходит значителное упрочнение структурных свяьей, требующих для своего разрушения уже новых очен значителных динамических воздействий, превышающих первоначално приложенных.
Уменшение сейсмостойкости грунтов с возрастанием ускорений безусловно. Однако необходимо выделит наиболее существенное влияние на сейсмостойкост грунтов частоты колебания. Как показывает практика строителства и анализ последствий землетрясений, для оснований сооружений наиболее опасны (с точки зрения нарушения динамической устойчивости) высокочастотные землетрясения (частота Ташкентского землетрясения 1966 г. 10 Гц., Газлийского землетрясения 1976 г. 16 Гц.).
Автор провёл опыты по выуаснению роли частоты колебаний в изменении деформaции лёссового грунта. На рис.2 показана зависимост деформaции грунта от частоты колебания. Опыты были выполнены на четырёх разновидностях лёссовидного грунта при следующих параметрах: ускорение 2000 мм/с2, пригрузке Р=0,3 МПа, амплитуде А=0,3-3 мм, степени влажности S=0,8. Как следует из выполненных экспериментов деформируемост подтверждённого исследование грунта зависит от частоты колебания. Влияние динамического воздействия на деформируемост грунта оказывается более эффективным, если при всех прочих равных условиях это воздействие характеризуется болшой частотой.
2. Влияние длителности сейсмических колебаний. Длителност сейсмических колебаний также оказывает существенное влияние на устойчивости (на деформaцию) грунтов. Деформaция грунта увеличивается в зависимости от длителности сотрясения, что является весма важным с практической точки зрения. На рис.3 показан график зависимости E = F(t) (где, Е-деформaция грунта, t-длителност колебаний) при а = const. (где, -ускорение колебаний).
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Ускорение колебания, мм / с2 Рис.1 Характер возрастания просадки лёссовидных грунтов в зависимости от
ускорения сотрясений
4 е 8 Ю 12 14
Частота колебаний, Гц Рис.2 Влияние интенсивности (частоты) колебаний на величину осадки
лёссовидных грунтов
I
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Длителност колебаний, мин
Рис.3 Характер изменения просадки лёссовидных грунтов с увеличением
длителности колебаний
Как усматривается из этих графиков наиболее интенсивное уплотнение грунта происходит в течение первых трёх минут. Полный процесс стабилизации уплотнения для исследованных нами грунтов заканчивается примерно в течении 10-15 мин. Далнейшее колебание грунта приводит к упрочнению структурных свяьей, для нарушения которых требуется уже более значителная интенсивност колебания.
Как было отмечено выше, начало уплотнения грунта соответствует 5-30 сек. после приложения динамического воздействия. Это времya определяется величиной силы свяьности, присущей каждому виду грунта в зависимости от его состояния, также от величины динамического воздействия.
Несмотря на практически одинаковые физико-механические свойства исследуемых грунтов, эффект их деформации в резултате колебания различной длителности различен.
Деформация грунта увеличивается в зависимости от длителности колебания.
3. Влияние грунтовых условий в повреждении зданий. Как известно, что грунты строителных площадок обладают самыми разнообразными литологическими составами и физико-механическими, прочностными свойствами. Также различны геоморфологические особенности и гидрогеологический режим на участке строителства. В свяьи с этим объединение доволно болшой территории в одну балност, как это делается при составлении карт сейсмомикрорайонирования, можно считат условным. Так как это влечёт за собой несоответствие, повышение или понижение расчётной сейсмичности зданий.
В сейсмических районах перед строителями ставится задача обеспечения сейсмостойкости проектируемых и возводимых зданий и сооружений и эта должна быт решена в рамках экономической целесообразности, так как стоимост антисейсмических мероприятий, осуществляемых при повышении даже на одну расчётную балност, составляет более 4% от общей стоимости объекта.
В сейсмических районах при определении расчётной сейсмической нагрузки наиболее крупных зданий и сооружений желателно исходит в каждом частном случае из конкретных грунтовых условий, физико-механических и прочностных характеристик.
В качестве примера рассмотрим карту сейсмомикрорайонирования г.Ташкента, составленную В.М.Мирзаевым в 1965 г. Составленноя в 1962 г.карта сейсмического районирования территории СНГ (бывшие союзные республики СССР) г.Ташкент относится к восмибалной зоне сейсмичности. В геологическом строении района города Ташкента имеются различные отложения от наиболее молодой аллювиалной до сравнително древней пролювиалной (мощностю от 5 до 70 м и более).Под городом встречаются насыпные рыхлые переотложенные слои, достигающие местами 5-10 м, а также крупнообломочные грунты различной мощности.
Как показали исследования, лёссовидные грунты в городе по плотности-влажности различные, что явилос причиной уточнения балности города, установленной картой сейсморайонирования территории СНГ.
Как выше было отмечено, что на основании инструменталных исследований последствий землетрясения в различных районах В.М.Мирзаевым составлена карта сейсмомикрорайонирования города и в основу её составления положены следующие выводы автора:
а) при всех прочих равных условиях интенсивност колебания грунта зависит от мощности слоуа грунта. На карте выделены 7-балная зона, где мощност лёссовидного грунта до 5 м, 8-балная зона, где мощност лёссовидного грунта от 5 до 50 м, 9 балная зона, где мощност лёссовидного грунта более 50 м.;
б) также увеличение интенсивности сотрясения грунта зависит от его увлажнения. При этом отмечено увеличение интенсивности на один бал в лёссовидных грунтах, где уровен грунтовых вод выше 6 м.
Из вышеприведённых видно, что с картой сейсмомикрорайонирования Ташкента, территория города разделена на 3 сейсмические зоны интенсивностю 7, 8 и 9 балов.
Эти информации показывают, что даже в пределах неболшой территории имеются существенные различия в грунтовых условиях, что подтверждает недостаточност определения её балности одной величиной.
Д.Д.Барканом, Ю.Г.Трофименковым и М.Н.Голубцовой установлено приращение сейсмической интенсивности для свяьных грунтов в зависимости от показателей прочностных свойств грунтов. Они предлагают ввести поправочный коэффициент Кгр для учёта влияния грунтовых условий в значение коэффициента сейсмичности Кс Расчётная
величина коэффициента сейсмичности КР определяется из выражения:
КР _ тг V
С = Кгр Кс
Для определения коэффициента грунтовых условий Кгр. авторы исходуат из величины расчётного давления на грунт Рр, вычисляемого на основании прочностных характеристик грунтов конкретной строителной площадки. В качестве средней сейсмической характеристики грунта, по которой определяется сейсмическая балност района, рекомендуется расчётное давление порядка 2,5 кгс/см2 (0,25 МПа), что приводит к некоторой условности. Для таких грунтов Кгр = 1, для всех осталных устанавливается приращение балности в виде:
к - 2,5
Кгп = —
гр Рр
Следует отметит, что резултаты этих исследований позволяют достаточно обоснованно оценит расчётную балност зданий и сооружений.
где, Кгр -коэффициент грунтовых условий;
Кр -расчётное значение коэффициента сейсмичности;
Рр - расчётное давление на грунт;
Кс -коэффициент сейсмичности, соответствующей балности
района и определяемый для средних грунтовых условий по таблицам строителных норм и правил(например, по международной шкале MSK-64 для 7 балов - 0,025, для 8 балов - 0,05 и для 9 балов - 0,1).
Заключение. Проводя эксперименталные исследования по изучению нарушения сейсмостойкости лёссовых оснований зданий в зависимости от некоторых внутренних и внешних факторов, пришли к следующим вывоедам:
1. С ослаблением прочности грунтов и снижением общей устойчивости оснований при землетрясениях происходят неравномерные деформации зданий и сооружений, возведённых на увлажнённых лёссовых грунтах. Деформация оснований при землетрясениях в болшинстве случаев определяет степен разрушения зданий и сооружений.
2. В сейсмических районах при проектировании зданий в первую очеред надо определит ожидаемую дополнителную деформацию сооружений с учётом возможной длителности и интенсивности землетрясения и изменения в этих условиях механических характеристик грунтов. Падение прочности грунтов в основании при землетрясениях и свяьанные с ним деформации сооружений возрастают с увеличением интенсивности и длителности сейсмических колебаний.
3. Как показывает практика строителства и анализ последствий землетрясений, для оснований сооружений наиболее опасны (с точки зрения нарушения динамической устойчивости) высокочастотные землетрясения.
4. Деформация грунта увеличивается в зависимости от длителности колебания.
5. Проведённые опыты показали прямопропорционалную свяь между прочностными характеристиками грунта с. сейсмической его устойчивостю.
6. Наряду с факторами, как пригрузка и собственный вес грунта, на сейсмостойкости зданий положително влияет также и глубина заложения фундамента.
7. В сейсмических районах при определении расчётной сейсмической нагрузки наиболее крупных зданий и сооружений желателно исходит в каждом частном случае из конкретных грунтовых условий, физико-механических и прочностных характеристик, так как в основном увеличение интенсивности сотрясения грунта зависит от его увлажнения, мощности oroya, физико-механических характеристик и пр.
8. Для скалных, полускалных и особо плотных крупнообломочных пород с залеганием подземных вод на глубине h>15 м сейсмический бал понижается на единицу; для лёссовых грунтов (глин в пластичном состоянии, супесей, суглинков) и песков при h<4 м, а также крупнообломочных пород при h<3 м, сейсмический бал повышается на единицу.
ЛИТЕРАТУРА
1. Khakimov, G. A. (2020). Changes in the Strength Characteristics of Glinistx Soils under the Influence of Dynamic Forces International Journal of Engineering and Advanced Technology, IJEAT. Exploring innovation, 639-643.
2. Khakimov, G. A. (2022). The nature of the change in the connectivity of moistened loess soils during vibration. American Journal of Applied Science and Technology, 2(06), 26-41.
3. Khakimov, G. A. CHANGES IN PLASTIC ZONES IN LESS BASES UNDER SEISMIC VIBRATIONS. Journal of Nev Zealand, 742-747.
4. Khakimov, G. A., & Muminov, M. A. (2022). CONSTRUCTION OF BUILDINGS ON WEAK MOIST CLAY SOILS IN SEISMICALLY ACTIVE ZONES OF UZBEKISTAN. Web of Scientist: International Scientific Research Journal, 3(12), 755-760.
5. GMFN, D., Kh, S. S., & Muminov, M. M. (2022). DEFORMATION OF MOISTENED LOESS FOUNDATIONS OF BUILDINGS UNDER STATIC AND DYNAMIC LOADS.
6. Khajiev, N. M. (2022). CHANGE IN THE CONSISTENCY CHARACTERISTICS OF THE WETTED LUSSIC BASES (GRUNTS) OF BUILDINGS UNDER THE INFLUENCE OF SEISMIC FORCES. Академические исследования в современной науке, 1(13), 261-267..
7. Khakimov, G. A., Kh, S. S., Muminov, A. A., Berdimurodov, A. E., & Muminov, J. A. (2023). COMPACTION OF LOESS BASES OF BUILDINGS AND STRUCTURES, AS WELL AS BULK SOILS AROUND THE FOUNDATION USING VIBRATORY ROLLERS IN SEISMIC AREAS. Galaxy International Interdisciplinary Research Journal, 11(4), 306-311.
8. Gayrat, G. K., Abduraimova, K., Muminov, A., Berdimurodov, A., & Sobirova, Z. (2023). CONSTRUCTION OF BUILDINGS AND STRUCTURES IN DIFFICULT SOIL CONDITIONS AND SEISMIC REGIONS OF THE REPUBLICS OF CENTRAL ASIA. International Bulletin of Applied Science and Technology, 3(6), 315-319.
9. Khakimov, G., Abduraimova, K., Muminov, A., Berdimurodov, A., & Sobirova, Z. (2023). DETERMINATION OF THE CALCULATED (PERMISSIBLE) PRESSURE ON THE LOESS FOUNDATION OF BUILDINGS AND STRUCTURES IN SEISMIC CONDITIONS. International Bulletin of Engineering and Technology, 3(6), 61-66.
10. Khakimov, G., Abduraimova, K., Askarov, M., & Khakimova, M. (2023). INFLUENCE OF HUMIDITY ON CHANGES IN THE STRENGTH CHARACTERISTICS OF LESS SOILS UNDER SEISMIC INFLUENCE. International Bulletin of Engineering and Technology, 3(6), 274-281.
11. Khakimov, G. (2023). FORMATION AND DEVELOPMENT OF SEISMOPROSADOCHNOY DEFORMATION AND UVLAJNYONNYKH LYOSSOVYKH OSNOVANIYAX ZDANI I SOORUJENI. International Bulletin of Applied Science and Technology, 3(6), 1339-1345.
12. Khakimov, G. (2023). CONSTRUCTION OF BUILDINGS AND STRUCTURES IN DIFFICULT GROUND CONDITIONS AND SEISMIC AREAS. International Bulletin of Applied Science and Technology, 3(2), 203-209.
13. Хакимов, Г. А., Муминов, М. А., Аскаров, М. Т., & Генжибаев, Т. (2023). РАЗВИТИЕ ПЛАСТИчеСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ЛЁССОВЫХ ГРУНТОВ В ПОДФУНДАМЕНТНОЙ ЧастИ ОСНОВАНия ПРИ СейсмичесКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ. GOLDEN BRAIN, 1(1), 130-135.
14. Gayrat, G. K., & Abduraimova, K. (2023). INCREASING DAMAGE TO STABILITY OF BUILDINGS ERECTED ON LESS SOILS IN SEISMIC AREAS, DEPENDING ON SOME FACTORS. International Bulletin of Engineering and Technology, 3(9), 61-69.
15. Khakimov, G., & Abduraimova, K. (2023). RESULTS OF EXPERIMENTAL RESEARCH ON STUDYING THE DEPENDENCE OF THE CRITICAL ACCELERATION OF GROUND VIBRATIONS FROM VARIOUS FACTORS UNDER CONVERSATION CONDITIONS. International Bulletin of Applied Science and Technology, 3(10), 330-337.
16. Khakimov, G. A., Kh, S. S., Muminov, A. A., Berdimurodov, A. E., & Muminov, J. A. (2023). Experience of compaction of the bases of large buildings and cores of earthen dams of waterworks in seismic areas with optimal humidity of loess soil. Academia Science Repository, 4(04), 365-372.
17. Хакимов, Г. (2023). Повышение сейсмической устойчивости увлажнённых лёссовых оснований. Сейсмическая безопасност зданий и сооружений, 1(1), 170-178.
18. Хакимов, Г., Байматов, Ш., & Муминов, Ж. (2023). Юукори сейсмик туманларда грунтли тугонларнинг ядросини лёссимон грунтлардан барпо этиш амалиёти. Сейсмическая безопасност зданий и сооружений, 1(1), 115-121.
19. Хакимов, Г., & Байматов, Ш. (2023). Биноларни лёссимон заминларда лойиhалашда сейсмик кучлар таъсирида пайдо буладиган деформацияларни х,исобга олиш. Сейсмическая безопасност зданий и сооружений, 1(1), 161-165.
20. Хакимов, Г. (2023). Изменение прочностных характеристик виброуплотнённых увлажнённых лёссовых грунтов во времени. Сейсмическая безопасност зданий и сооружений, 1(1), 165-170.
21. Rakhmonkulovna, K. G. A. A. K. (2024). INCREASING THE STRENGTH CHARACTERISTICS OF LOESS SOILS OVER TIME AFTER VIBRATION. Synergy: Cross-Disciplinary Journal of Digital Investigation (2995-4827), 2(2), 39-44.
22. Akramovich, K. G., Xushvaqtovich, B. S., Abduvakhobjonovich, R. S., Sunnatovich, T. Z., & Zarofatkhan, A. (2024). Investigation of the Patterns of Changes in the Structural Strength of Moistened Loess Soils Under Dynamic (Seismic) Influences. International Journal of Scientific Trends, 3(2), 1-9.
23. Akramovich, K. G., Xushvaqtovich, B. S., Abduvakhobjonovich, R. S., Sunnatovich, T. Z., & Zarofatkhan, A. (2024). Problems of Design and Construction of Buildings and Structures in Seismic Areas, on Weak Moistened Clay and Subsidence Loess Bases. International Journal of Scientific Trends, 3(2), 19-26.
24. Akramovich, K. G. (2024). THE INFLUENCE OF EXTERNAL LOADING AND THE OWN WEIGHT OF THE SOIL ON THE SEISMIC RESISTANCE OF THE FOUNDATIONS OF STRUCTURES. Valeology: International Journal of Medical Anthropology andBioethics (2995-4924), 2(5), 1-6.
25. Akramovich, K. G. (2024). The Influence of the Frequency of Dynamic Action on the Violation of the Structure and Compaction of Loess Soils. EUROPEAN JOURNAL OF INNOVATION IN NONFORMAL EDUCATION, 4(5), 15-19.
26. Akramovich, K. G., Rakhmonkulovna, A. K., Rustamovna, T. S., & Abduxalilovich, M. J. THE EVENT PROVIDES SEISMIC RESISTANCE OF BUILDINGS AND STRUCTURES BUILT ON MOIST LOESS SOILS.
