Моделювання сейсмічної реакції прошарку ґрунту в рамках нелокальної моделі суцільного середовища

According to modern research, the seismic risks of the destruction of buildings and constructions depend not only on the proximity of their location to the earthquake epicenters, but also on the reaction of soil massifs lying beneath them. Particularly important is the proportionality of the set of resonant frequencies of the soil massif and the natural frequencies of the objects located on it. It is well known that soils are rheologically complex media that cannot be described in terms of simple mathematical models. This stimulates to develop new or to modify already known models. To describe the dynamics of a heterogeneous soil massif, the model, which is a spatially nonlocal generalization of the linear Kelvin-Voigt model, is used. The work purpose is to estimate the response of the soil layer to shear strain when the soil massif is characterized by significant heterogeneity. Based on the boundary value problem solution describing standing waves in a soil layer, the dependence of the amplification of wave amplitude at the layer surface on the harmonic disturbance frequency applied to the underlying bedrock is derived. It is shown that the model describes the damping of oscillations at high frequencies and the shift of resonant frequencies towards lower frequencies. To evaluate these effects, the length of the frequency interval containing the main of the spectrum is investigated on the basis of asymptotic analysis methods. Conclusions about the influence of soil heterogeneity on its resonance properties are formulated by means of comparative analysis of the results obtained in the framework of the classical Kelvin-Voigt model and its nonlocal generalization. The proposed approach of soil layer response analysis is promising for practical use in seismic microzoning.Согласно современным исследованиям, сейсмические риски разрушения зданий и сооружений зависят не только от близости их расположения к эпицентрам землетрясений, но и от реакции грунтовых массивов, которые под ними залегают. Особенно важна соизмеримость набора резонансных частот грунтового массива и собственных частот расположенных на нем объектов. Известно, что почвы являются реологически сложными средами, которые невозможно описать в рамках простых математических моделей, поэтому возникает необходимость разработки новых или модификации уже известных моделей. Для описания динамики неоднородного грунтового массива применена модель, которая является пространственно нелокальным обобщением линейной математической модели Кельвина-Фойгта. Цель работы — оценка реакции слоя грунта на сдвиговое деформирование, когда грунтовый массив характеризуется существенной неоднородностью. На основе решения краевой задачи для грунтового слоя в форме стоячих волн построена зависимость коэффициента усиления амплитуды волны на поверхности слоя от частоты гармонического возмущения, приложенного к подошве массива. Показано, что модель описывает затухание колебаний на высоких частотах и сдвиг резонансных частот в низкочастотную область. Для оценки этих эффектов на основе методов асимптотического анализа исследована длина частотного интервала, который содержит основную часть спектра. Выводы о влиянии неоднородности грунта на его резонансные свойства сформулированы с помощью сравнения результатов, полученных в рамках классической модели Кельвина-Фойгта и ее нелокального обобщения. Предложенный подход анализа отклика слоя грунта перспективен для практического использования в инженерном деле, при проведении работ по сеймическому микрорайонированию.Згідно із сучасними дослідженнями, сейсмічні ризики руйнування будівель і споруд залежать не тільки від близькості їх розташування до епіцентрів землетрусів, а також від реакції ґрунтових масивів, які під ними залягають. Особливо важливим є співмірність набору резонансних частот ґрунтового масиву та власних частот розташованих на ньому об’єктів. Відомо, що ґрунти є реологічно складними середовищами, які неможливо описати в рамках простих математичних моделей, тому виникає необхідність розробки нових чи модифікації вже відомих моделей. Для опису динаміки неоднорідного ґрунтового масиву застосовано модель, яка є просторово нелокальним узагальненням лінійної математичної моделі Кельвіна-Фойгта. Метою роботи є оцінювання реакції прошарку ґрунту на зсувне деформування, коли ґрунтовий масив суттєво неоднорідний. На основі розв’язку крайової задачі для ґрунтового прошарку у формі стоячих хвиль побудовано залежність коефіцієнта підсилення амплітуди хвилі на поверхні прошарку від частоти гармонічного збурення, прикладеного до підошви масиву. Показано, що модель описує затухання коливань на високих частотах та зсув резонансних частот у низькочастотну область. Для оцінювання цих ефектів на основі методів асимптотичного аналізу досліджено довжину частотного інтервалу, який містить основну частину спектра. Висновки щодо впливу неоднорідності ґрунту на його резонансні властивості сформульовано шляхом аналізу результатів, отриманих у рамках класичної моделі Кельвіна-Фойгта та її нелокального узагальнення. Запропонований підхід аналізу відгуку прошарку ґрунту є перспективним для практичного використання в інженерній справі, при проведенні робіт із сейсмічного мікрорайонування

Інститут геофізики ім. С. І. Субботіна НАН України до 100-річним ювілеям Академії і її Президента Бориса Євгеновича Патона

The essential results of the Institute’s activity during five latest years, i. e., after 2013 have been briefly presented. The following categories have been outlined: studies of the magnetic field of the Earth and application of their results for solving geologic-geophysical, ecological and practical problems; seismology and seismic security; deep structure of the Earth’s crust and upper mantle, tectonics, geodynamics, tectonophysics, mineral resources; new technologies of investigation of near-surface, technogenic and natural rocks; adaptive seismic exploration; preparation of highly qualified specialists and the work with higher educational institutions are the principal items characterizing the activity of “Geophysical Journal” that was included to International Scientometric base Web of Sciences Core Collection.Elaboration and creation of principally new perspective logistic complexes for well-logging, seismic exploration and seismological works provide the executed studies with new high-grade experimental material.All specified is directed to solving the problems of search and exploration of mineral resources, seismic security of population and industry and ecological problems of the country.В краткой форме изложены основные результаты работы Института за последние 5 лет, то есть после 2013 Выделены следующие разделы: изучение магнитного поля Земли и использования его данных для решения геолого-геофизических, экологических и прикладных задач; сейсмология и сейсмическая безопасность; глубинное строение земной коры и верхней мантии, тектоника, геодинамика, тектонофизика, полезные ископаемые; новые технологии изучения приповерхностных, техногенных и природных горных пород; адаптивная сейсморазведка; подготовка специалистов высшей квалификации и работа с высшими учебными заведениями; проведение международных конференций и семинаров; основные данные по содержанию "Геофизического журнала", вошедший в международную наукометрич ной базы Web of Sciences Core Collection.Разработка и создание принципиально новых, перспективных аппаратурно - программ ных комплексов для каротажа скважин, проведение сейсморазведочных и сейсмологических работ обеспечивают приведен направление исследований новым высококачественным экспериментальным материалом.Все перечисленное направлено на решение задач поиска и разведки полезных ископаемых, сейсмической безопасности населения и промышленности и решения экологических проблем страны.У короткій формі викладено основні результати роботи Інституту за останні 5 років, тобто після 2013 р. Виділено такі розділи: вивчення магнітного поля Землі і використання його даних для вирішення геолого-геофізичних, екологічних і прикладних завдань; сейсмологія і сейсмічна безпека; глибинна будова земної кори і верхньої мантії, тектоніка, геодинаміка, тектонофізіка, корисні копалини; нові технології вивчення приповерхневих, техногенних і природних гірських порід; адаптивна сейсморозвідка; підготовка фахівців вищої кваліфікації і робота з вищими навчальними закладами; проведення міжнародних конференцій і семінарів; основні дані стосовно змісту "Геофізичного журналу", що увійшов до міжнародної наукометрич-ної бази Web of Sciences Core Collection.Розробка і створення принципово нових, перспективних апаратурно - програм -них комплексів для каротажу свердловин, проведення сейсморозвідувальних і сейсмологічних робіт забезпечують наведений напрям досліджень новим високоякісним експериментальним матеріалом.Усе перелічене спрямоване на вирішення завдань пошуку і розвідки корисних копалин, сейсмічної безпеки населення і промисловості та розв'язання екологічних проблем країни