RU2771156C1 - Method for seismic microdistricting using the vulnerability coefficient - Google Patents
Method for seismic microdistricting using the vulnerability coefficient Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771156C1 RU2771156C1 RU2021111768A RU2021111768A RU2771156C1 RU 2771156 C1 RU2771156 C1 RU 2771156C1 RU 2021111768 A RU2021111768 A RU 2021111768A RU 2021111768 A RU2021111768 A RU 2021111768A RU 2771156 C1 RU2771156 C1 RU 2771156C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seismic
- soils
- calculated
- maximum
- amplitude
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000013316 zoning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/001—Acoustic presence detection
-
- G01V1/01—
Abstract
Description
Область примененияApplication area
Предлагаемое изобретение относится к области сейсмических исследований и может быть использовано в инженерной сейсмологии для оценки интенсивности сейсмических колебаний с учетом свойств грунтов, слагающих территории городов и строительных площадок.The present invention relates to the field of seismic research and can be used in engineering seismology to assess the intensity of seismic vibrations, taking into account the properties of soils that make up the territories of cities and construction sites.
Технический результат предполагаемого изобретения - повышение стабильности и точности определения приращений сейсмической интенсивности.The technical result of the proposed invention is to increase the stability and accuracy of determining seismic intensity increments.
Известно, что сейсмическое микрорайонирование (СМР) производится с целью выделения в пределах изучаемой территории участков с различной сейсмической интенсивностью (интенсивностью сотрясений), которая может отличаться от интенсивности, определяемой картой общего сейсмического районирования территории Российской Федерации (ОСР-2015). Различия определяются рядом причин. Во-первых, различием физико-механических свойств грунтов и особенностями их строения; во-вторых, расположением участков исследования по отношению к сейсмотектоническим зонам; наконец, особенностями характеристик очагов воздействия.It is known that seismic microzoning (SMR) is carried out in order to identify areas with different seismic intensity (shaking intensity) within the study area, which may differ from the intensity determined by the general seismic zoning map of the territory of the Russian Federation (OSR-2015). The differences are due to a number of reasons. Firstly, the difference in the physical and mechanical properties of soils and the features of their structure; secondly, the location of study areas in relation to seismotectonic zones; finally, the features of the characteristics of the foci of influence.
Известен способ выполнения сейсмического микрорайонирования инженерно-геологическим методом с использованием модели сейсмогрунтовых условий и локальной классификации грунтов по сейсмическим свойствам [1].There is a method of performing seismic microzoning by engineering-geological method using a model of seismic-soil conditions and local classification of soils according to seismic properties [1].
Однако в данном способе отсутствует инструментальная оценка приращений сейсмической интенсивности в условиях реальных сильных землетрясений, что снижает точность определения приращений бальности.However, in this method there is no instrumental assessment of seismic intensity increments under conditions of real strong earthquakes, which reduces the accuracy of determining the magnitude increments.
Известен также способ сейсмического микрорайонирования, включающий возбуждение сейсмических колебаний маломощным импульсным источником, регистрацию этих колебаний сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, определение значения скоростей продольных или поперечных волн, плотностей соответствующих грунтов и оценку на основе этих характеристик приращения балльности [2].There is also known a method of seismic microzoning, including the excitation of seismic vibrations by a low-power pulsed source, the registration of these vibrations by seismic receivers located in areas with different engineering and geological conditions, the determination of the value of the velocities of longitudinal or transverse waves, the densities of the corresponding soils and the assessment based on these characteristics of the increment of the score [2 ].
К недостатком этого способа можно отнести низкие производительность, надежность и стабильность получаемых результатов.The disadvantage of this method is the low productivity, reliability and stability of the results.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ сейсмического микрорайонирования с использованием микросейсмических колебаний [3], при котором для определения изменения интенсивности сильного землетрясения по максимальной амплитуде микроколебаний применяется формула:The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is the method of seismic microzoning using microseismic oscillations [3], in which the following formula is used to determine the change in the intensity of a strong earthquake by the maximum amplitude of microoscillations:
где (Amax)i, (Amax)о - максимальные амплитуды микросейсмических колебаний для исследуемого и эталонного грунтов соответственно.where (A max ) i , (A max ) o are the maximum amplitudes of microseismic vibrations for the test and reference soils, respectively.
Недостатками способа являются низкая стабильность и точность снятия отсчетов Amax непосредственно с сейсмограммы, что ведет к снижению производительности работ и корректности учета нелинейно-упругих свойств грунтов при вычислении приращения интенсивности сейсмических колебаний.The disadvantages of this method are the low stability and accuracy of taking readings A max directly from the seismogram, which leads to a decrease in productivity and the correctness of taking into account the nonlinear elastic properties of soils when calculating the increment in the intensity of seismic vibrations.
Технический результат предполагаемого изобретения - повышение производительности и точности определения балльности (интенсивности) - достигается за счет использования при реализации способа так называемого коэффициента уязвимости. Остановимся на этом понятии более подробно.. Понятие коэффициент (индекс) уязвимости (Ку) было введено известным японским исследователем И. Накамурой в 1997 г. [6]. В 1989 г. им была предложена методика, в основе которой лежат представления о том, что влияние «тонкого слоя», расположенного непосредственно под сейсмическим датчиком на изучаемом объекте, в большей степени способствует усилению поперечной волны (S) и практически не изменяет продольную волну (Р) [5]. Исходя из этого положения, отношение спектральных характеристик горизонтальных компонент X и Y к спектру вертикальной компоненты Z будет характеризовать так называемую передаточную функцию, зависящую от «тонкого слоя» изучаемого объекта. Горизонтальная компонента Н при этом определяется любым из следующих соотношений:The technical result of the proposed invention - increasing the productivity and accuracy of determining the score (intensity) - is achieved through the use of the so-called vulnerability coefficient when implementing the method. Let us dwell on this concept in more detail. The concept of coefficient (index) of vulnerability (K y ) was introduced by the famous Japanese researcher I. Nakamura in 1997 [6]. In 1989, he proposed a technique based on the notion that the influence of a “thin layer” located directly under the seismic sensor on the object under study contributes to the amplification of the transverse wave (S) to a greater extent and practically does not change the longitudinal wave ( P) [5]. Based on this position, the ratio of the spectral characteristics of the horizontal components X and Y to the spectrum of the vertical component Z will characterize the so-called transfer function, which depends on the "thin layer" of the object under study. The horizontal component H in this case is determined by any of the following relationships:
среднее арифметическоеaverage
среднее геометрическоеgeometric mean
векторная суммаvector sum
среднее квадратическоеroot mean square
поскольку в работе [4] эти соотношения были подвергнуты статистическому анализу, в результате которого выяснилось, что вычисление результирующего значения горизонтальной составляющей спектра практически не зависит от выбора варианта расчета.since in [4] these relations were subjected to statistical analysis, as a result of which it turned out that the calculation of the resulting value of the horizontal component of the spectrum is practically independent of the choice of the calculation option.
Возвращаясь к понятию коэффициента уязвимости, заметим, что этот параметр успешно описывает динамические характеристики верхней части исследуемых грунтов, при этом отмечает самые слабые участки, которые в наибольшей степени подвержены воздействию упругих колебаний. Используя методику Накамуры, можно получить спектральные графики передаточной функции H/V, т.е. графики усиления сотрясений на доминирующих частотах, что позволяет вычислить значения коэффициентов уязвимости для каждой точки измерения по формуле:Returning to the concept of the vulnerability coefficient, we note that this parameter successfully describes the dynamic characteristics of the upper part of the studied soils, while marking the weakest areas that are most susceptible to elastic vibrations. Using Nakamura's technique, spectral plots of the H/V transfer function can be obtained, i.e. shaking amplification graphs at dominant frequencies, which allows calculating the values of the vulnerability coefficients for each measurement point using the formula:
где А - максимальное значение коэффициента усиления в соответствии со спектральной характеристикой H/V, f - соответствующая этому значению частота.where A is the maximum value of the gain in accordance with the spectral characteristic H/V, f is the frequency corresponding to this value.
В качестве примера рассмотрим обработку одной сейсмограммы с записью микросейсмических колебаний по описанной методике. На фиг. 1 приведен фрагмент сейсмограммы длительностью 8 секунд. Для компонент X, Y и Z был произведен расчет спектров (фиг. 2а) и далее вычислена передаточная функция H/V (фиг. 2б). Из рисунка на фиг. 2б видно, несмотря на то, что спектры всех компонент имеют максимум в высокочастотной области (19,2 Гц), коэффициент усиления H/V достигает максимального значения 8 у.е. на частоте 1,8 Гц. Таким образом, в данной точке наблюдения коэффициент уязвимости исследуемых грунтов будет равен 35,6 у.е. Используя данную методику, рассчитываются Ку для всех точек наблюдения на исследуемых и эталонных грунтах, а полученный банк данных позволяет рассчитать приращение сейсмической интенсивности в каждой точке наблюдения по формуле:As an example, consider the processing of one seismogram with the recording of microseismic vibrations according to the described method. In FIG. 1 shows a fragment of a seismogram with a duration of 8 seconds. For the X, Y, and Z components, the spectra were calculated (Fig. 2a) and then the transfer function H/V was calculated (Fig. 2b). From the drawing in FIG. 2b shows that despite the fact that the spectra of all components have a maximum in the high-frequency region (19.2 Hz), the H/V gain reaches a maximum value of 8 a.u. at a frequency of 1.8 Hz. Thus, at this observation point, the coefficient of vulnerability of the studied soils will be equal to 35.6 c.u. Using this technique, K y is calculated for all observation points on the studied and reference soils, and the resulting data bank allows you to calculate the seismic intensity increment at each observation point using the formula:
где - максимальное значение коэффициента уязвимости в точках измерения на исследуемых грунтах;where - the maximum value of the vulnerability coefficient at the measurement points on the studied soils;
- максимальное значение коэффициента уязвимости в точках измерения на эталонных грунтах; - the maximum value of the vulnerability coefficient at the measurement points on the reference soils;
А - максимальное значение амплитуды передаточной функции H/V;A - the maximum value of the amplitude of the transfer function H/V;
f - частота, соответствующая максимуму H/V.f is the frequency corresponding to the H/V maximum.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Фиг. 1 - Фрагмент сейсмограммы записи микроколебаний, длительность записи 8 секунд.Fig. 1 - A fragment of a seismogram recording micro-oscillations, the duration of the recording is 8 seconds.
Фиг. 2а - Амплитудно-частотные спектры сейсмограммы в компонентах X, Y, Z.Fig. 2a - Amplitude-frequency spectra of the seismogram in the X, Y, Z components.
Фиг. 2б - Спектральное отношение H/V (передаточная функция) для фрагмента сейсмограммы, приведенного на фиг. 1.Fig. 2b - Spectral ratio H/V (transfer function) for a fragment of the seismogram shown in FIG. one.
Источники информацииInformation sources
1. Никитин С.Н., Погребченко В.В., Никитина И.А. Способ сейсмического микрорайонирования инженерно-геологическим методом. Инженерные изыскания. 2017; (6-7): С. 118-132.1. Nikitin S.N., Pogrebchenko V.V., Nikitina I.A. The method of seismic microzoning by engineering-geological method. Engineering survey. 2017; (6-7): pp. 118-132.
2. Рекомендации по сейсмическому микрорайонированию. М: Наука, 1985. с. 72.2. Recommendations on seismic microzoning. M: Nauka, 1985. p. 72.
3. Сейсмическое микрорайонирование. // Под редакцией д.т.н. С.В. Медведева // М: Наука, 1977. С. 67-74. - ПРОТОТИП.3. Seismic microzoning. // Edited by d.t.s. S.V. Medvedev // M: Nauka, 1977. S. 67-74. - PROTOTYPE.
4. Lunedei Е, Malishewsky Р., 2015. A Review and some new issues on the theory of the H/V technique for ambient vibrations. In: (Eds Ansal A.) Perspectives on European Earthquake Engineering and Seismology, Geotechnical and Earthquake Engineering, vol. 39. Springer, Cham. P. 371-394.4. Lunedei E, Malishewsky R., 2015. A Review and some new issues on the theory of the H/V technique for ambient vibrations. In: (Eds Ansal A.) Perspectives on European Earthquake Engineering and Seismology, Geotechnical and Earthquake Engineering, vol. 39. Springer, Cham. P. 371-394.
5. Nakamura Y. A method for dynamic characteristic estimation of subsurface using microtremor on the ground surface // Quarterly report of Railway Technical Research Institute. 1989. V. 30. №1. P. 23-33.5. Nakamura Y. A method for dynamic characteristic estimation of subsurface using microtremor on the ground surface // Quarterly report of Railway Technical Research Institute. 1989. V. 30. No. 1. P. 23-33.
6. Nakamura Y. Seismic Vulnerability indices for ground and structures using microtremor. In World Congress on Railway Research. Florence, 1997. P. p. 1-7.6. Nakamura Y. Seismic Vulnerability indices for ground and structures using microtremor. In World Congress on Railway Research. Florence, 1997. P. p. 1-7.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021111768A RU2771156C1 (en) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | Method for seismic microdistricting using the vulnerability coefficient |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021111768A RU2771156C1 (en) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | Method for seismic microdistricting using the vulnerability coefficient |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2771156C1 true RU2771156C1 (en) | 2022-04-27 |
Family
ID=81306433
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021111768A RU2771156C1 (en) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | Method for seismic microdistricting using the vulnerability coefficient |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2771156C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2183038A (en) * | 1985-11-14 | 1987-05-28 | Antal Adam | Process for the prediction and detection of earthquakes |
RU2099751C1 (en) * | 1996-07-25 | 1997-12-20 | Объединенный институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН | Process of seismic microzoning |
RU2105997C1 (en) * | 1996-07-25 | 1998-02-27 | Объединенный институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта РАН | Process of seismic microzoning |
RU2162611C2 (en) * | 1999-04-22 | 2001-01-27 | Объединенный институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН | Method of seismic microzoning |
RU2686514C1 (en) * | 2018-05-22 | 2019-04-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наук (ИГФ УрО РАН) | Method for seismic micro-zoning |
-
2021
- 2021-04-23 RU RU2021111768A patent/RU2771156C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2183038A (en) * | 1985-11-14 | 1987-05-28 | Antal Adam | Process for the prediction and detection of earthquakes |
RU2099751C1 (en) * | 1996-07-25 | 1997-12-20 | Объединенный институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН | Process of seismic microzoning |
RU2105997C1 (en) * | 1996-07-25 | 1998-02-27 | Объединенный институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта РАН | Process of seismic microzoning |
RU2162611C2 (en) * | 1999-04-22 | 2001-01-27 | Объединенный институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН | Method of seismic microzoning |
RU2686514C1 (en) * | 2018-05-22 | 2019-04-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наук (ИГФ УрО РАН) | Method for seismic micro-zoning |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
СЕНИН Л.Н., СЕНИНА Т.Е., "ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ СЕЙСМИЧЕСКОЕ МИКРОРАЙОНИРОВАНИЕ ДАМБЫ ХВОСТОХРАНИЛИЩА ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМБИНАТА "ЭРДЭНЭТ", ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. ГОРНЫЙ ЖУРНАЛ, номер 8, 2013, С.140-146. * |
Сенин Л.Н., Сенина Т.Е., Воскресенский М.Н., Парыгин Г.И., "КОМПЛЕКСНЫЕ СЕЙСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА", Уральский геофизический вестник, номер 4(34), 2018, С.41-49. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Paolucci et al. | Broadband ground motions from 3D physics‐based numerical simulations using artificial neural networks | |
US9715028B2 (en) | Method of assessing hydrocarbon source rock candidate | |
Pamuk et al. | Soil characterization of Bornova Plain (Izmir, Turkey) and its surroundings using a combined survey of MASW and ReMi methods and Nakamura’s (HVSR) technique | |
Büyüksaraç et al. | Preliminary seismic microzonation of Sivas city (Turkey) using microtremor and refraction microtremor (ReMi) measurements | |
Rodríguez et al. | Comparison of spectral ratio techniques for estimation of site effects using microtremor data and earthquake motions recorded at the surface and in boreholes | |
RU2771156C1 (en) | Method for seismic microdistricting using the vulnerability coefficient | |
Rahimi et al. | Application of microtremor horizontal to vertical spectra ratio (MHVSR) and multichannel analysis of surface wave (MASW) for shallow bedrock mapping for transportation projects | |
RU2686514C1 (en) | Method for seismic micro-zoning | |
Yaghmaei-Sabegh | Frequency-content parameters of the ground motions from the 2017 M w 7.3 Ezgeleh earthquake in Iran | |
AU2016204701B2 (en) | Method of assessing hydrocarbon source rock candidate | |
Foti et al. | Reliability of soil porosity estimation from seismic wave velocities | |
Kocaoğlu et al. | Estimation of shear wave velocity profiles by the inversion of spatial autocorrelation coefficients | |
Singh et al. | Relation of shear wave velocity variations with depth for different lithologies: A contribution towards mitigating the region’s seismic risk | |
Tremblay et al. | Practical considerations for array-based surface-wave testing methods with respect to near-field effects and shear-wave velocity profiles | |
Pagliaroli et al. | Experimental study of topographic effects using explosions and microtremors recordings | |
Onur et al. | Estimating site periods in Vancouver and Victoria, British Columbia using microtremor measurements and SHAKE analyses | |
Koesuma et al. | Determination of shear wave velocity by using microtremor method in west part of Surakarta city | |
Zaslavsky et al. | Assessment of site specific earthquake hazards in urban areas. A case study: the town Afula, Israel, and neighbouring settlements | |
Mahvelati et al. | Revisiting lunar seismic experiment data using the multichannel simulation with one receiver (MSOR) approach and random field modeling | |
Liu | Shear Wave Velocity Analysis by Surface Wave Methods in the Boston Area | |
Hossain et al. | Predominant period and amplification factor estimation with respect to geomorphology-a case study of Sylhet city corporation area, Bangladesh | |
Kegyes-Brassai et al. | Predictive equations for soil shear-wave velocities of Hungarian soils based on MASW and CPT measurements around Győr | |
Yang | Rayleigh Wave Dispersion Curve Inversion for Estimation of Near-Surface Shear-Wave Velocity Profiles Using Bayesian Methods | |
Kebede | Mapping the soil thickness in the Main Ethiopian Rift using passive seismic data and HVSR, case for Northern water divided between the Ziway-Shala lakes basin and the Awash basin | |
Abudeif et al. | Site effect estimation using H/V microtremor and shallow seismic prospecting, Elkawamel, Sohag, Egypt |