CC BY
45
Известия Иркутской государственной экономической академии.
2014. № 6 (98). С. 159-167. ISSN 1993-3541
V. V. TYUNKOV, V. V. RUZHICH, E. A. LEVINA
УДК 551.24:620.179:621.3.019+550.34 DOI 10.17150/1993-3541.2014.24(6).159-167
В. В. ТЮНЬКОВ
Иркутский государственный университет путей сообщения,
г. Иркутск, Российская Федерация В. В. РУЖИЧ
Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск, Российская Федерация
Е. А. ЛЕВИНА
Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск, Российская Федерация
УРОВЕНЬ ДЕМПФИРОВАНИЯ КАК ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ФАКТОР ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
Аннотация. Приведены результаты промежуточного этапа комплексного моделирования и анализа системы обеспечения надежности конструкций сооружений при экстремальных воздействиях типа сейсмических, эпизодически возникающих и носящих ситуационный характер. Прикладной акцент был сделан на возможное проявление резервов неразрушимости элементов, определяемых в процессе эксплуатации объектов по данным натурных обследований и накопления базы по измеренным нагрузкам и воздействиям, в том числе по взаимной ориентации в пространстве и уточнении акселерограммы. В статье рассматриваются результаты, возможности, а также ограничения в применении разработанного оперативного среднесрочного прогноза землетрясений применительно к условиям геодинамического развития Прибайкалья. Обсуждаются критерии проявления различных режимов подготовки землетрясений. Показано, что ограничения по точности среднесрочного прогноза землетрясений обусловлены отсутствием необходимой информации о глубинных процессах в очагах землетрясений. Решения по оценке динамических воздействий аппроксимируются методически близко к стандартным с возможным последующим просчетом в пакете программ, по которым были сделаны проектные решения при последующем введении вместо первичных, нормативно установленных величин, значений, полученных измерением действительных параметров, реализованных в конкретной ситуации. Ключевые слова. Динамические воздействия; конструкции сооружений; ситуационные нагрузки; ситуационные воздействия; резерв неразрушимости; землетрясение; очаг землетрясения; критерии прогноза; сейсмобезопасность.
Информация о статье. Дата поступления 28 октября 2014 г.; дата принятия к печати 17 ноября 2014 г.; дата онлайн-размещения 29 декабря 2014 г.
THE LEVEL OF DAMPING AS AN ADDITIONAL FACTOR OF EVALUATION OF THE RAILWAY FACILITIES SYSTEM STABILITY UNDER EXTREME DYNAMIC LOADS
Abstract. The results of the intermediate stage of complex modeling and railway facilities reliability provision system analysis under extreme loads of seismic, incidentally arising and carrying casual character are provided. The applied emphasis was made on possible display of units durability reserves determined in facilities operation proceeding from the data of on-site inspections and in the process of the measured loads and impact database accumulation including mutual orientation in space and accelerogram's clarification. The paper analyses the results, opportunities and restrictions in application of the developed operative medium-
V. V. TYUNKOV
Irkutsk State University of Railway Engineering, Irkutsk, Russian Federation V. V. RUZHICH Institute of the Earth's Crust of SB RAS, Irkutsk, Russian Federation E. A. LEVINA Institute of the Earth's Crust of SB RAS, Irkutsk, Russian Federation
© В. В. Тюньков, В. В. Ружич, Е. А. Левина, 2014
159
Izvestiya of Irkutsk State Economics Academy, Известия Иркутской государственной экономической академии.
2014, no. 6 (98), pp. 159-167. ISSN 1993-3541 2014. № 6 (98). С. 159-167. ISSN 1993-3541
MATHEMATICAL MODELING, SYSTEMS ANALYSIS
term earthquake forecast in terms of the Baikal region geodynamic development. The criteria intended to display different modes of earthquake preparation are discussed. It is showed that the limitations on accuracy of medium-term earthquake forecast can be explained by lack of necessary information on deep processes at the earthquake focus. The decisions on dynamics loads are approximated methodologically close to the standard with possible subsequent errors in the software package. The software package enabled to take project decisions in sequential introduction of normative values instead of the primary ones, obtained by measuring the actual parameters implemented in a particular situation.
Keywords. Dynamic loads; facilities construction; situational loads; situational impact; durability reserve; earthquake; earthquake focus; forecast criteria; seismic safety.
Article info. Received October 28, 2014; accepted November 17, 2014; available online December 29, 2014.
В практике развития инфраструктуры железнодорожного транспорта в районах с повышенной сейсмичностью и технологическим регламентом, включающим массовые взрывы при близком расположении горнорудных предприятий, нередки случаи экстремальных воздействий на инфраструктуру (здания, сооружения). В процессе их эксплуатации возможно реальное использование резерва неразрушимости, возникающего как в процессе проектирования статически неопределимых конструкций сооружений, так и при изготовлении отдельных элементов и их монтаже. Величина резерва может быть определена как разница в несущей способности между проектной величиной и измеренной с помощью неразрушающих методов испытаний, с одной стороны, и уточнения вероятных внешних нагрузок и уровня их воздействий, с другой [9].
При проектировании на динамические воздействия1 предполагается разнонаправленность воздействий, в том числе сейсмических, на конструкции сооружения. Тем не менее, при пополнении базы данных зафиксированных экстремальных воздействий2 и снижения степени неопределенности для известной по величине и направлению сейсмореализации существенны параметры, исходя из которых возможен прогноз сечений элементов, проявляющих дополнительный запас неразрушимости или вероятного ослабления по тем или иным направлениям. Предлагается в ряд таких параметров ввести также степень демпфирования в зависимости от направления прихода сейсмического воздействия и его акселерограммы. Учесть эффект демпфирования возможно в используемых пакетах программ в модели системы со связанными элементами для экстремальных внешних воздействий [2; 3; 10].
Любая система, состоящая из ограниченного числа элементов, рассчитана на определен-
1 СНиП 11-7-81*. Строительство в сейсмических районах : утв. приказом Минрегиона России от 27 дек. 2010 г. № 779.
2 СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия : утв. приказом Минрегиона России от 27 дек. 2010 г. № 787.
ный уровень внешних воздействий без выхода за нормированное предельное состояние. Математическая модель, позволяющая рассматривать докритические состояния, допускает комплексное решение в виде суммы решений однородного дифференциального уравнения (когда воздействие в правой части уравнения равно нулю) и решения неоднородного уравнения (когда правая часть уравнения отлична от нуля, а движение принимает моментно установившийся характер).
Рассмотрим практически значимый вариант для затухающих колебаний с докритическим и сверхкритическим демпфированием при экстремальном воздействии ниже расчетного уровня с использованием наиболее распространенных дифференциальных уравнений.
В теории дифференциальных уравнений основной интерес представляют действительные решения, которые и используются далее с классическими методиками получения оценок реализуемых параметров. Решение здесь будет действительным, если постоянные A и B — действительные, равные или комплексно сопряженные величины и поэтому постоянные C и D действительные:
v = Ae(-&++ Be(-&+= = e~Sf [(A + B) cos a0f + j(A - B)sin a0f] =
= e~Sf (C cos <X)"0f + D sin ffl^f),
где v — составляющая смещения или скорости вдоль оси y; 5 — постоянная затухания; ю — частота; t — время; j = -7—1 — мнимая единица.
В этом решении необходимо сохранять оба знака частоты ю0, так как иначе оба члена будут пропорциональны друг другу и вместо двух постоянных интегрирования будет одна. Если использовать комплексные обозначения, то появляется только одна комплексная постоянная интегрирования V, а решение записывается в виде v = Ve~Sf+ j<0, где V = Ve"8<p = V cos ф + j sin ф.
При сильном демпфировании (наиболее часто встречающийся случай) частота ю0 может
V. V. TYUNKOV, V. V. RUZHICH, E. A. LEVINA
быть значительно меньше резонансной частоты ю0. Если Ю0 < 52, то величина ю02 становится мнимой и скорость, не совершая колебаний, экспоненциально затухает во времени. В этом случае выражению p = -5 ±yj52 — ю0 соответствуют два независимых решения, и полное решение имеет вид для сверхкритического демпфирования v = Ae(-S^S2-m0)' + ße(-S+Vs2-m2)'. В данном случае при ю0 = 0 оба решения идентичны и сводятся к простой экспоненте ^ = Ae~5, где 5 = ю0.
Второе независимое решение можно найти, продифференцировав это выражение по параметру 5, т. е. ^ = - Ate~5t. Здесь дифференцирование по параметру эквивалентно образованию разности двух решений. Получающееся решение линейно независимо от исходного решения (из-за наличия множителя t) и удовлетворяет исходному дифференциальному уравнению.
Многими авторами отмечено, что наиболее простой путь получения действительного решения сводится к представлению комплексного
решения в полярной форме f ре'ш
v = — =-^
Z Ze'^F
где _ _
Z = Zef^; F = Fe'^F;
= — e Z
j (at+фр-фz)
tg$z =
aM - (1/ aK)
a°Mv = Q .
R R
Если в приведенном выражении отбрасываем мнимую часть, то получаем действительное выражение для скорости
V = Re(v;) = —cos(юt + фр - фг).
Комплексное решение для амплитуды смещения записывается
| = Л = = —е1(а*+ Ф— "Фг-п/2, ую уюг юг '
и соответствующее действительное решение выглядит следующим образом:
£ = Re(|) = — соб(ю/ + ф— - фг -*/) =
F cos
aZ at
♦f -♦z -(п2)
'(Ж
Ук) - a2M
a2R2
Это решение, принятое многими исследователями, зависит от степени демпфирования, и высота максимума на частотной кривой имеет конечное значение. Здесь на нулевой частоте амплитуда скорости равна нулю, и все возможные кривые имеют максимум на одной и той же ча-
стоте ю0 независимо от демпфирования. Частота ю0, являясь характерным параметром системы, будет резонансной частотой, при которой амплитуда скорости достигает экстремума. Частота, на которой наблюдается максимум амплитуды смещения (присутствующая в акселерограмме и коррелирующая с демпфированием), зависит от демпфирования. Множитель 1/ю увеличивает амплитуду смещения на низких частотах и уменьшает ее на высоких частотах, вследствие чего при усилении демпфирования частота, соответствующая максимуму смещения, уменьшается.
Демпфирование так или иначе проявляется во всех сложных системах. Особенно серьезно этот фактор должен учитываться для сооружений, подверженных эпизодическим сейсмическим воздействиям от землетрясений или взрывов зарядов большой мощности, поскольку он значительно влияет на смещение резонансной частоты как в одномоментном варианте, так и для продолжительного отрезка времени. Для реализации этого предположения рассмотрим методику оперативного прогноза ощутимых и сильных землетрясений на примере Прибайкалья.
Анализ сейсмического процесса производится на основе каталога землетрясений для территории Восточной Сибири, в пределах которой располагается Байкальская рифтовая зона (БРЗ) как основной геоструктурный объект с высоким сейсмическим потенциалом. Каталог предоставлен Байкальским филиалом Геофизического центра СО РАН (г. Иркутск) за период инструментальных наблюдений с 1963 по 2014 г. Он дополнен ограниченным по точности каталогом исторических землетрясений с 1725 г. Данный каталог землетрясений содержит сведения о координатах эпицентра события, времени его возникновения и энергетическом уровне, следовательно, мы имеем дело с функцией трех переменных E = f(X, ф, t), где X, ф — координаты эпицентра; t — время, когда произошло землетрясение; E — выделившаяся при этом энергия. Для удобства исследования и визуализации функцию обычно сводят к функциям одной или двух переменных, суммируя, усредняя или не рассматривая остальные.
В круг предвестников сейсмического события входят:
- сейсмическое «пятно» СП — размеры, потенциал;
- сейсмическая «брешь» СБ — размеры, потенциал, время появления;
- изменение количества землетрясений N;
- изменение энерговыделения log E;
Izvestiya of Irkutsk State Economics Academy, Известия Иркутской государственной экономической академии.
2014, no. 6 (98), pp. 159-167. ISSN 1993-3541 2014. № 6 (98). С. 159-167. ISSN 1993-3541
MATHEMATICAL MODELING, SYSTEMS ANALYSIS
- значение наклона графика повторяемости;
- период повторяемости;
- режим накопления в виде выделившейся сейсмической энергии (график Беньоффа);
- наличие большого контраста между max и min значениями E, N, СБ и СП;
- проявление кольцевой миграции эпицентров в районе сейсмической бреши и вдоль БРЗ.
Сложные сочетания перечисленных параметров сейсмического режима во времени и пространстве не позволяют осуществлять достаточную формализацию критериев подготовки очагов землетрясений на глубинах их залегания в земной коре. О том, что происходит в недрах, в настоящее время есть возможность судить лишь по косвенным данным, т. е. в основном по записям сейсмостанций, число которых в пределах БРЗ ограничено; также ограничены и возможности оперативной обработки поступающих данных, особенно о слабых землетрясениях с энергией К < 9. Есть также неопределенности в подборе моделей подготовки землетрясений для разных геодинамических условий даже в пределах БРЗ. Подобные трудности имеют место и в других сейсмоактивных регионах России и зарубежья, из-за чего уровень оправдываемости среднесрочного прогноза землетрясений остается в пределах значений вероятности Р = 0,6-0,75. Об этом было заявлено на представительном форуме ученых России и зарубежья в Институте земной коры СО РАН в 2013 г. [4; 5; 8; 11]. Возможности краткосрочного прогноза землетрясений еще более ограничены и потому остаются за пределами надежного практического применения. Вследствие этого рассматриваемая ме-
тодика и реализующий ее пакет компьютерных программ являются, в совокупности, экспертной системой, отражающей сейсмический прогноз в системе параметров, оцениваемых экспертом в финальной стадии анализа.
В практическом смысле это означает, что на выходе после аналитической обработки загруженных данных, например при трехмесячном периоде подачи сейсмопрогностических сводок, мы получаем перечень потенциально опасных участков в пределах БРЗ, схему их расположения с вероятностной оценкой возможной энергии и соответственно рассчитанной интенсивности сотрясений.
На основе изучения характеристик сейсмического режима с применением программного пакета был проанализирован перечень критериев, выделенных для использования в прогностических построениях [1; 6]. Накопленный опыт сейсмо-прогностических исследований показывает, что в течение десятков и даже сотен лет суммарная энергия землетрясений может существенно меняться во времени. Например, график Беньоффа отражает накопление деформаций и выделение сейсмической энергии в БРЗ (рис. 1). На графике можно видеть чередования периодов вспышек сейсмической активизации с относительно длительными периодами слабой активности в режиме выделения сейсмической энергии при местных землетрясениях за временной интервал 1725-2014 гг. Присутствует длительный период в 1967-2014 гг. с режимом проявления относительно умеренных и слабых землетрясений. Данный признак расценивается как подготовка очередной значительной сейсмической активизации в ближайшие месяцы / годы в пределах БРЗ.
öl/"Ol аз/аг овуоз îa/oi 14гоэ îe/oe уч/qi 22 sas 24/аз zt/io зо su 02/01 04/02
1725 1749 1773 1797 1821 1845 1869 1893 1917 1941 1965 1990 2014
Рис. 1. График Беньоффа:
фигурные скобки — периоды сейсмических активизаций; цифры под скобками — энергия наиболее сильных землетрясений
V. V. TYUNKOV, V. V. RUZHICH, E. A. LEVINA
При гармоническом анализе ранее были выделены периоды сейсмических активизаций и затиший, составляющих сейсмические ритмы длительностью 40 (±4), 11 (±2), 5 (±2) лет, а также 1 год, 3-4 месяца [6; 8]. Эти периоды, включающие фазы активизаций и затиший, проявляются в сейсмическом режиме на достаточно крупных территориях, соизмеримых с площадью Южного-Среднего Байкала или Тункино-Хубсу-гульского региона, и представляют интерес в сей-смопрогностическом аспекте, особенно последний временной интервал. На сегодняшний день из-за недостатка инструментальных сведений о различных параметрах сейсмических процессов, включая слабые землетрясения в пределах очагов на глубинах порядка 5-20 км, не представляется возможным более обоснованное их прогнозирование. Следует заметить, что возникновение сейсмического события в намеченный срок и в указанном месте имеет, в нашем случае, вероятность Р ~ 0,71. Это означает, что оно может произойти в этом районе и в последующий временной интервал или проявиться в виде более слабого события. Как показали опыт и расчеты, признаки подготовки очень сильного сейсмического события (на уровне 9-10 баллов сейсмических сотрясений) начинают проявляться за 5-10 лет.
В настоящее время использование приведенных критериев оперативного слежения для своевременного выявления сейсмоопасных участков осуществляется по следующей схеме. Для территории БРЗ, а также Восточного Саяна данные оперативного каталога землетрясений с К =11 и выше поступают с сейсмостанции «Иркутск». Они анализируются и используются для определения вариаций сейсмической погоды на ближайший период времени, исчисляемый тремя месяцами, с последующей передачей этих сведений в областной штаб МЧС (г. Иркутск) и далее в межрегиональный центр МЧС (г. Красноярск).
С помощью разработанного программного пакета, позволяющего визуализировать и анализировать сейсмический процесс [1], еженедельно «сканируются» все сейсмоактивные районы БРЗ, включая смежные участки территории Восточного Саяна и Монголии. При этом в первую очередь выделяются места расположения крупных сейсмических «пятен» и возникающих в них сейсмических «брешей». При выявлении признаков подготовки опасного сейсмического события более детально анализируются те отдельные районы, где проявляются критерии подготовки очагов ощутимых или более опасных землетрясений. Повышенное внимание к умеренным 5-6-балльным землетря-
сениям отличает применяемый авторами подход к прогнозированию сейсмических событий от методов, используемых в других регионах России, где, как правило, отслеживаются лишь сильные землетрясения, начиная с 8-9-балльных. Для представленного оперативного среднесрочного прогноза землетрясений в Прибайкалье рассматриваемый методический подход имеет свои отличия от методов долгосрочного прогнозирования. Это связано с необходимостью выявления очагов готовящихся землетрясений, возможных именно в ближайшие месяцы, что важно для планирования и организации превентивных мер по снижению сейсмического риска для наиболее уязвимых жилых и промышленных объектов Прибайкалья.
На рис. 2 приведена карта прогнозируемых землетрясений на период ожидания 19992050 гг., составленная в конце декабря 1999 г. для сейсмоопасных районов Южного Прибайкалья, Восточного Саяна и Прихубсугулья. Овалами разных размеров показаны сейсмоопасные «окна» (т. е. места повышенной вероятности будущих землетрясений) с указанными диапазонами магнитуд потенциальных землетрясений. Внутренние размеры овала указывают на местоположение очага и границы эпицентров, а внешний пунктирный контур ограничивает площадь максимальных сейсмических сотрясений. В нижней строчке условных обозначений приведены энергетические классы тех землетрясений, которые произошли за 11 лет. Сами «окна», как это видно в условных обозначениях (см. рис. 2), дифференцируются по уровню энергии предполагаемых землетрясений на три варианта: М = 7,1-7,6; М = 6,0-7,0; М = 5,0-5,9. Время реализации ожидаемых сейсмических событий в «окнах» составляет период 1999-2050 гг., что определяется длительностью цикла сейсмической активизации в БРЗ, равной 40 (±4) года.
За истекший с 1999 г. период ожидания реализации прогнозируемых событий получены следующие результаты. Эпицентры 10 землетрясений оказались в пределах границ обозначенной зоны ожидания («окна»), т. е. попали в цель. Столько же землетрясений удалены от ожидаемого места события на 5-55 км. Эпицентры 15 ожидаемых сейсмических событий возникли на границе ожидаемой зоны (табл. 1). Поскольку к оправдавшим ожидания можно отнести события, произошедшие на границе «окон», то реализация прогноза места землетрясений составляет в данном случае 71,4 %. При этом суммарная площадь «окон» ожидания сейсмических событий занимает по карте от 6 до 22 % площади БРЗ.
Izvestiya of Irkutsk State Economics Academy, 2014, no. 6 (98), pp. 159-167. ISSN 1993-3541
Известия Иркутской государственной экономической академии.
2014. № 6 (98). С. 159-167. ISSN 1993-3541
MATHEMATICAL MODELING, SYSTEMS ANALYSIS
Рис. 2. Карта долгосрочного прогноза землетрясений Байкальской рифтовой зоны на период ожидания 1999—2050 гг.
Таблица 1
Оценки реализации прогноза места событий с 2000 по 2011 г.
Показатель Оценка реализации
В цель На границе Удалены
Количество событий 10 15 10
Оценка реали- 28,6 42,8 28,6
зации, % 71,4 28,6
Уровень наших представлений на сегодняшний день не позволяет утверждать, что за предстоящие годы ожидания прогнозируемый поток сейсмических событий широкого энергетического диапазона с К =11,0-16,9 реализуется в пределах всех указанных на карте окон, поскольку наш среднесрочный прогноз остается вероятностным. Это означает, что не во всех «окнах» обязательно произойдут ожидаемые события максимального указанного энергетического уровня и точно в указанные временные интервалы. Некоторая часть эпицентров прогнозируемых землетрясений ожидаемо окажется за пределами «окон» с учетом ошибки по точности в определении точки эпицентра в 10±5 км. Возможно также, что будущие сейсмические события возникнут в местах их ожидания в более поздний период ожидания. В большей степени это касается толчков нижнего энергетического уровня (К = 11,0-12,9), которых
в БРЗ согласно графику повторяемости за последние 47 лет в течение 15 лет должно произойти около 130-140. Такие толчки не являются основным объектом сейсмопрогноза, так как по интенсивности сотрясений не превышают 5-6 баллов в эпицентре, но способны произвести панику среди жителей близлежащих населенных пунктов. Однако их высокая повторяемость способствует накоплению повреждений в зданиях и коммуникациях, близких к очагам землетрясений, что приводит к снижению ресурса устойчивости сооружений, находящихся в аварийном состоянии.
При выяснении сейсмической опасности, как правило, возникает необходимость оценить вероятность проявления сильных землетрясений в отдельных районах в заданный период времени в будущем. Разработанное программное обеспечение позволяет произвести такую оценку, используя распределение Пуассона (табл. 2). Для вычисления подобной вероятности была применена известная формула
р(п) = ^ е Л
п!
где р (п) — вероятность того, что п сильных землетрясений произойдут в заданный промежуток времени; X — среднее количество сильных землетрясений в единицу времени, т. е. параметр повторяемости землетрясений.
Izvestiya of Irkutsk State Economics Academy, Известия Иркутской государственной экономической академии.
2014, no. 6 (98),pp. 159-167. ISSN 1993-3541 2014. № 6 (98). С. 159-167. ISSN 1993-3541
V. V. TYUNKOV, V. V. RUZHICH, E. A. LEVINA
Таблица 2
Количество произошедших значительных и сильных землетрясений в Байкальской рифтовой зоне и оценка вероятности их повторения согласно распределению Пуассона
Следующие результаты расчетов приведены в табл. 3, в которой определяется вероятность возникновения опасных землетрясений в БРЗ в соответствующее десятилетие с 1950 по 2010 г. За «базовый» сейсмический период установлен промежуток времени от 1725 до 2010 г.
Представленные результаты (см. табл. 2-3) можно интерпретировать следующим образом. В рассматриваемом регионе, включая Прибайкалье, существует достаточно высокая вероятность проявления 6-8-балльных сейсмических событий. Опасность в том, в том, что часть их возникает
вблизи населенных пунктов и важных коммуникаций, например, железнодорожных, нанося ощутимые повреждения. С 1988 г. в БРЗ наблюдается «активный» период 40-летнего цикла, что объясняет увеличение процента вероятности возникновения в последние десятилетия (1990-2010) и более сильных землетрясений. Представленные расчетные данные можно использовать на территории БРЗ для оценок инженерно-сейсмического риска, в частности, в виде демпфирования различных конструкций и железнодорожных путей.
На практике кроме стандартных параметров прогноза (места, времени и нергии возможного землетрясения) важно учитывать и распределение на местности интенсивности сейсмических колебаний по мере удаления от эпицентров инженерно-технических сооружений. С этой целью была разработана специализированная программа «Изосейсты», позволяющая оценивать сейсмическую опасность в баллах, которые будут ощущаться в конкретных населенных пунктах в результате прогнозируемого или уже произошедшего землетрясения. На рис. 3 приведен пример использования такого программного пакета в виде составленной схемы изосейст сотрясений Култукского землетрясения, произошедшего 27 августа 2008 г.
Класс событий Количество событий за 50 лет (1950-2000) Вероятность Р хотя бы одного события за 10 лет (2001-2010) Произошло событий за 10 лет (2001-2010)
13 68 1,00 24
14 33 0,99 8
15 9 0,83 3
16 2 0,33 0
17 1 0,18 0
Таблица 3
Вероятности возникновения опасных землетрясений в Байкальской рифтовой зоне с 1950—2010 гг., рассчитанные на период ожидания 10 лет
Класс событий 1950-1960 1960-1970 1970-1980 1980-1990 1990-2000 2000-2010
15 0,49 0,51 0,52 0,51 0,53 0,58
16 0,49 0,47 0,46 0,44 0,43 0,44
17 0,09 0,12 0,12 0,11 0,11 0,10
Ю4 4.0 " 3.0
Рис. 3. Карта с изосейстами интенсивности колебаний Култукского землетрясения, рассчитанными с использованием экспоненциального закона спадания балльности с расстоянием
Izvestiya of Irkutsk State Economics Academy, 2014, no. 6 (98), pp. 159-167. ISSN 1993-3541
MATHEMATICAL MODELING, SYSTEMS ANALYSIS
Согласно приведенной схеме (см. рис. 3), сотрясения от эпицентра толчка с энергетическим классом К = 15,3 будут распространяться неравномерно в зависимости от грунтовых условий на разнонаправленных эпицентральных расстояниях. В г. Иркутске в случае реализации данной модели сейсмического затухания могут ощущаться колебания, достигающие значений 6-7 баллов по известной шкале MSK-64. По таким моделям расчетов можно оценивать степень воздействия будущих землетрясений на здания и коммуникации с учетом энергетического потенциала и местоположения эпицентров будущих толчков.
Резюмируя предлагаемый алгоритм рационализации процесса обеспечения «долгожительства» системы сооружений, отметим, что, несмотря на существующие объективные ограничения уровня реализации предложенного метода средне- и долгосрочного прогноза землетрясений в Восточной Сибири, можно весьма продуктивно использовать имеющиеся возможности для оценок опасности сейсмовибрацион-ного воздействия на железнодорожные пути и различного рода коммуникации региональных
Известия Иркутской государственной экономической академии.
2014. № 6 (98). С. 159-167. ISSN 1993-3541
трасс ОАО «Российские железные дороги». В пакете разработанных методов — оценка энергии потенциальных землетрясений, удаленности объектов от возможного сейсмического воздействия, определение направления прихода пакетов волновых колебаний и их амплитудно-частотного диапазона, расчет повторяемости опасных сотрясений на данной территории и величины инженерно-сейсмического риска, т. е. ущерба. В итоге появляется возможность более обоснованно оценивать и уровень демпфирования по отдельным объектам инфраструктуры.
Таким образом, соблюдение нормативных требований и руководящих документов на каждом этапе формирования сооружения, с одной стороны, и создание базы данных по релевантным параметрам проявления возможного достаточно сильного сейсмического события, с другой, предполагают новые направления решения проблемы сейсмической опасности в зонах повышенного риска возникновения техногенных катастроф. В частности, как показано в данном исследовании, на территории расположения железнодорожных магистралей Восточной Сибири.
Список использованной литературы
1. Левина Е. А. Новое программное обеспечение для анализа сейсмического режима и разработки среднесрочного прогноза землетрясений / Е. А. Левина, В. В. Ружич // Современная геодинамика и опасные природные процессы в Центральной Азии. Вып. 3. — Иркутск : ИЗК СО РАН. 2005. — С. 204-207.
2. Лужин О. В. Обследование и испытание сооружений / О. В. Лужин, А. Б. Злочевский, И. А. Горбунов. — М. : Стройиздат, 1987. — 263 с.
3. Окамото Ш. Сейсмостойкость инженерных сооружений / Ш. Окамото ; пер. с англ. — М. : Стройиздат,
1980. — 342 с.
4. Пономарева Е. И. Оперативный среднесрочный прогноз землетрясений в Прибайкалье и его возможности / Е. И. Пономарева, В. В. Ружич, Е. А. Левина // Известия Иркутского государственного университета. Сер. «Науки о земле». — 2014. — Т. 8. — С. 67-78.
5. Ружич В. В. О сейсмопрогностическом изучении землетрясений и горных ударов в Восточной Сибири / В. В. Ру-жич, Е. А. Левина // Разломообразование и сейсмичность в литосфере: тектонофизические концепции и следствия : материалы Всерос. совещ. Т. 1. — Иркутск : ИЗК СО РАН, 2009. — С. 18-19.
6. Ружич В. В. Сейсмотектоническая деструкция в земной коре Байкальской рифтовой зоны / В. В. Ружич. — Новосибирск : Изд-во СО РАН, 1997. — 144 с.
7. Ружич В. В. Экологический риск при землетрясениях в Приангарье / В. В. Ружич, Е. А. Левина, Е. И. Пономарева // Экологический риск и экологическая безопасность. Т. 1. — Иркутск : Изд-во Института географии им. В. Б. Соча-вы СО РАН, 2012. — С. 35-38.
8. Соболев Г. А. Концепция предсказуемости землетрясений на основе динамики сейсмичности при триггерном воздействии / Г. А. Соболев. — М. : ИФЗ РАН, 2011. — 56 с.
9. Тюньков В. В. Аппроксимация конструктивных признаков в системе объективного мониторинга / В. В. Тюнь-ков // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений : сб. науч. тр. / под ред. С. Н. Кривошапко. — М. : Изд-во АСВ, 2001. — Вып. 10. — С. 78-86.
10. Эстева Л. Сейсмичность / Л. Эстева // Сейсмический риск и инженерные решения : пер. с англ. — М. : Недра,
1981. — С. 162-203.
11. IX международная школа-семинар «Физические основы прогнозирования разрушения горных пород» / В. В. Ружич, А. Д. Завьялов, А. А. Добрынина, С. А. Борняков // Геодинамика и тектонофизика. — 2014. — № 5 (1). — С. 321-326.
References
1. Levina E. A., Ruzhich V. V. New software for seismic regime analysis and medium-term earthquake forecast development. Sovremennaya geodinamika i opasnye prirodnye protsessy v Tsentral'noi Azii [Modern geodynamics and hazardous natural processes in Central Asia]. Irkutsk, IZK SO RAN Publ., 2005, iss. 3, pp. 204-207. (In Russian).
V. V. TYUNKOV, V. V. RUZHICH, E. A. LEVINA
2. Luzhin O. V., Zlochevskii A. B., Gorbunov I. A. Obsledovanie i ispytanie sooruzhenii [Facilities inspection and testing]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1987. 263 p.
3. Okamoto Sh. Seismostoikost' inzhenernykh sooruzhenii [Engineering constructions seismic resistance]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1980. 342 p.
4. Ponomareva E. I., Ruzhich V. V., Levina E. A. The medium-term on-line earthquake forecast in Pribaikalye and it's potentialities. Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Nauki o zemle = The Bulletin of Irkutsk State University. Earth Sciences Series, 2014, vol. 8, pp. 67-78. (In Russian).
5. Ruzhich V. V., Levina E. A. On seismic prognostic study of earthquakes and rock bursts in Eastern Siberia. Razlomoo-brazovanie i seismichnost' v litosfere: tektonofizicheskie kontseptsii i sledstviya. Materialy Vserossiiskogo soveshchaniya [Faulting and Seismicity in the lithosphere: tectonophysical concept and effects. The proceedings of All-Russian Conference]. Irkutsk, IZK SO RAN Publ., 2009, vol. 1, pp. 18-19. (In Russian).
6. Ruzhich V. V. Seismotektonicheskaya destruktsiya v zemnoi kore Baikal'skoi riftovoi zony [Seismotectonic destruction in the crust of the Baikal Rift Zone]. Novosibirsk, SO RAN Publ., 1997. 144 p.
7. Ruzhich V. V., Levina E. A., Ponomareva E. I. Environmental risk from earthquakes in the Angara Region. Ekologicheskii risk i ekologicheskaya bezopasnost' [Environmental risks and ecological safety]. Irkutsk, Institute of Geography n.a. Sochava of SB RAS Publ., 2012, vol. 1, pp. 35-38. (In Russian).
8. Sobolev G. A. Kontseptsiya predskazuemosti zemletryasenii na osnove dinamiki seismichnosti pri triggernom vozde-istvii [The concept of earthquakes predictability based on seismicity dynamics under trigger influence]. Moscow, IFZ RAN Publ., 2011. 56 p.
9. TwHbKOB B. B. Approximation of constructive features in the objective monitor system. Krivoshapko S. N. (ed.) Stroi-tel'naya mekhanika inzhenernykh konstruktsii i sooruzhenii [Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings]. Moscow, ASV Publ., 2001, iss. 10, pp. 78-86. (In Russian).
10. Esteva L. Seismicity. Seismicheskii risk i inzhenernye resheniya [Seismic risk and engineering solutions]. Moscow, Nedra Publ., 1981, pp. 162-203. (In Russian).
11. Ruzhich V. V., Zav'yalov A. D., Dobrynina A. A., Bornyakov S. A. IX mezhdunarodnaya shkola-seminar «Fizich-eskie osnovy prognozirovaniya razrusheniya gornykh porod» [The 9th International Workshop «Physical principles of rocks destruction forecasting»]. Geodinamika i tektonofizika = Geodynamics and Tectonophysics, 2014, no. 5 (1), pp. 321-326. (In Russian).
Информация об авторах Тюньков Владислав Владимирович — доктор технических наук, профессор, Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г, Иркутск, ул. Чернышевского, 15, e-mail: [email protected].
Ружич Валерий Васильевич — доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник, Институт земной коры СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, e-mail: [email protected].
Левина Елена Алексеевна — кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник, Институт земной коры СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, e-mail: [email protected].
Библиографическое описание статьи Тюньков В. В. Уровень демпфирования как дополнительный фактор оценки устойчивости системы железнодорожных сооружений при экстремальных динамических воздействиях / В. В. Тюньков, В. В. Ружич, Е. А. Левина // Известия Иркутской государственной экономической академии. — 2014. — № 6 (98). — С. 159-167. — DOI: 10.17150/1993-3541.2014.24(6).159-167.
Authors
Vladislav V. Tyunkov — Doctor habil (Engineering), Professor, Irkutsk State University of Railway Engineering, 15 Chernishevskogo St., 664075, Irkutsk, Russian Federation, e-mail: [email protected].
Valery V. Ruzhich — Doctor habil. (Geology and Mineralogy), Chief Research Scientist, Institute of the Earth's Crust of SB RAS, 128 Lermontov St., 664033, Irkutsk, Russian Federation, e-mail: [email protected].
Elena A. Levina — PhD in Geology and Mineralogy, Research Scientist, Institute of the Earth's Crust of SB RAS, 128 Lermontov St., 664033, Irkutsk, Russian Federation, e-mail: [email protected].
Reference to article
Tyunkov V. V., Ruzhich V. V., Levina E. A. The level of damping as an additional factor of evaluation of the railway facilities system stability under extreme dynamic loads. Izves-tiya Irkutskoy gosudarstvennoy ekonomicheskoy aka-demii = Izvestiya of Irkutsk State Economics Academy, 2014, no. 6 (98), pp. 159-167. (In Russian). DOI: 10.17150/1993-3541.2014.24(6).159-167.
