Оценка сейсмической опасности и расчет сейсмических воздействий

Проблема обеспечения безопасности экологически опасных объектов становится все более актуальной в связи с промышленным развитием.
Одним из наиболее опасных источников природных воздействий являются землетрясения.

Для проектирования ответственных объектов:

Надо обосновать пригодность конкретной площадки для размещения ответственного объекта.
Необходимо разработать и передать проектанту адекватные исходные данные по сейсмическим воздействиям.

На решение этих задач направлена представленная технология. Она не раз показала свою эффективность в различных сейсмотектонических и геодинамических условиях.

Сейсмотектоническая модель (АЭС, Беларусь)

Основа расчетов — сейсмотектоническая модель. Она должна учитывать все разумные варианты интерпретации геологических, геофизических и сейсмических данных.

Если таких вариантов более одного, то и моделей должно быть более одной. Моделям приписываются веса в зависимости от их надежности, оцениваемой экспертно.

_{Альтернативные модели. Модель А с весом 0.8}

_{Альтернативные модели. Модель B с весом 0.2}

_{Таблица с исходными данными для расчета опасности}

_{Верхняя оценка магнитуды ожидаемых землетрясений в ближней зоне}

Сейсмотектонические исследования для АЭС в Узбекистане

Вблизи объекта региональную модель необходимо детализировать. Полевые сейсмотектонические исследования позволяют уточнить модель на местности.

_{Выявление активного разлома: маршрутное обследование и тренчинг
(исследование траншеи)}

Площадка размещения атомной станции малой мощности в Якутии

Также полевые сейсмотектонические исследования направлены на выявление следов сильных землетрясений древних эпох.

_{Полевые сейсмотектонические исследования
(площадка размещения атомной станции малой мощности в Якутии)}

Локальная сеть наблюдений

АЭС в Бангладеш

Пространственное распределение сейсмичности также необходимо уточнять по мере приближения к площадке размещения. Наиболее полную и точную картину сейсмичности обеспечивают локальные сети мониторинга.

_{Установка и обслуживание станции}

_{Локальные сети мониторинга в Бангладеш}

Обслуживание станций — трудоемкий процесс. Необходимо поддерживать работоспособность в агрессивных климатических условиях. Высокая температура и влажность губительны для аппаратуры. Тем не менее, сеть обеспечивает регистрацию землетрясений, в том числе слабых событий, которые региональными и мировыми сетями не обнаруживаются.

_{Окисление клемм аккумулятора}

_{Разрушенный корпус датчика}

_{2014-2025 г. Непосредственно на площадке землетрясений не зарегистрировано}

АСММ в Якутии

Не менее сложные условия на севере Якутии. Морозы -55°С. Но сеть эффективно работала, оборудование успешно перенесло зимний сезон.

_{Установка и обслуживание станции в Якутии}

За 11 месяцев работы сеть записала 625 землетрясений. При этом не зарегистрировано ни одного землетрясения в пределах площадки, что свидетельствует о ее пригодности.

_{Локальная сеть наблюдений}

_{Обслуживание станции в Якутии}

_{Непосредственно на площадке землетрясений не зарегистрировано}

Хабаровский край и о. Сахалин

Иногда интерес к объекту возвращается в связи с новыми проектами. Землетрясения на севере Сахалина записаны в течение нескольких сезонов.

_{Уникальный эксперимент: сеть временных станций на материке
и на о. Сахалин в районе пролива Невельского в 2018 г.}

_{Эпицентры землетрясений, определенных сетью наблюдений ИФЗ РАН
в 1995 г. (серые кружки), 2010 г. (желтые) и 2018 г. (красные)}

Результаты проведенного мониторинга в Иране и Узбекистане

На основании многолетних работ в различных условиях можно утверждать, что ни одна региональная сеть не обеспечивает такой же полной и детальной картины сейсмичности в окрестностях объекта критической инфраструктуры, как локальные сети сейсмических наблюдений.

_{Иран(1999 – 2001): 4275 событий}

_{С ноября 2019 по ноябрь 2020 г. записано 201 событие Mmin = 2.0 в 150-км зоне}

Вероятностный анализ сейсмической опасности

Стандартным элементом базовой технологии вероятностного анализа сейсмической опасности являются уравнения ожидаемого движения грунта. Они описывают регулярное ослабление сейсмического движения по мере удаления от очага землетрясения. Неопределенности, связанные с неполнотой наших знаний, учитываются с помощью логического дерева.

Современные уравнения ожидаемого движения грунта разработаны для различных сейсмотектонических условий. Они учитывают множество факторов: магнитуду землетрясения, расстояние от очага до объекта, механизм очага, скорость сейсмических волн в месте расположения объекта и т.п.

_{Логическое дерево}

Основным результатом применения технологии вероятностного анализа сейсмической опасности являются кривые опасности и спектры реакции, отнесенные к скальному основанию. Кривые опасности служат исходными данными для вероятностного анализа безопасности. Спектры реакции используются для расчета конструкций, зданий сооружений.

_{Кривые опасности}

_{Спектр реакции}

В результате вероятностного анализа сейсмичности кривые опасности и спектры реакции задаются на скальном основании. Но грунты могут существенно видоизменять сейсмические воздействия.
Расчеты, полученные для скального основания, необходимо корректировать для учета грунтовых условий.

_{Схема для учета грунтовых условий}

_{Эквивалентно-линейное моделирование нелинейного поведения грунтов. Для учета неопределенностей используется подход Монте-Карло}

АЭС в Венгрии

При интенсивных воздействиях меняются физико-механические свойства грунтов. Это может приводить как к усилению, так и ослаблению сейсмического движения. Входное воздействие на условно скальном основании (глубина 120 м) корректируется за счет реакции площадки: при небольшом уровне входного сигнала (0.26g) – линейное поведение (0.29 - 0.32g для разных грунтовых моделей), а при высоком уровне входного сигнала (0.51g) – нелинейное поведение (эквивалентное линейное моделирование (0.34g).

_{Изменение физико-механических свойств грунтов при интенсивных воздействиях}

Основные проекты ИФЗ РАН по оценке сейсмической опасности

ИФЗ РАН обладает необходимыми компетенциями для успешного проведения полного цикла работ по оценке сейсмической опасности особо ответственных объектов.

Технология оценки сейсмической опасности обобщает знания о сейсмичности и тектоническом строении района, учитывает неопределенности знаний и естественную вариабельность свойств геологической среды. Базовая технология разработана давно. Отличительной особенностью нашего подхода является приоритетность натурных наблюдений — сейсмотектонических работ и сейсмического мониторинга.

Мы уверены, что никакие методические приемы не могут заменить собой высококачественные исходные данные.

_{География успешно реализованных проектов}