Об оценках спектров колебаний и спектральных характеристик грунтов для вероятностного анализа сейсмической опасности территорий

Резюме

Актуальность работы. В связи с появлением новых данных о существенной вариабельности, полученных для территории РСО-Алания интегральных (кумулятивных) оценок макросейсмической интенсивности сотрясений разных по сейсмическим свойствам грунтов, для этого же района рассмотрены аналогичные количественные оценки других важных с научной и практической точек зрения характеристик сейсмических воздействий – спектров колебаний «мягких» и «твердых» грунтов и соотношений между ними. Цель исследования. Изучение абсолютных и относительных оценок интегральных спектров колебаний грунтов с разными сейсмическими свойствами для вероятностного прогнозирования сейсмической опасности территории РСО-Алания. Методы исследования. Основной элемент работы – вероятностный анализ сейсмической опасности (PSHA) нескольких «представительных» участков территории РСО-Алания, выполненный в терминах интегральных вероятных спектров Фурье и спектров реакции колебаний «мягких» и «твердых» грунтов, а также соотношений между ними – спектральных характеристик. Итоговые функции распределения рассчитывались отдельно для каждой из 18 спектральных составляющих в диапазоне частот 0,28–22 Гц. Расчеты проведены на основе формулы полной вероятности, где условная вероятность отражает случайную природу колебаний грунта при возникновении землетрясений, а безусловная – неопределенность в возникновении этих землетрясений. Использованы разработанные ранее модели локальной сейсмичности (модели зон ВОЗ, повторяемости землетрясений во времени и др.) и модели сильных движений (вероятностные функции затухания спектров Фурье «мягких» и «твердых» грунтов). Интегральные спектры реакции рассчитывались по интегральным спектрам Фурье с использованием связи спектральных ускорений с энергетической спектральной плотностью Фурье. Результаты исследования. Для каждого «представительного» участка разработаны интегральные спектры Фурье и спектры реакции колебаний «мягких» и «твердых» грунтов при землетрясениях со средними периодами повторяемости 500, 1000, 2500 и 5000 лет. По соотношениям этих спектров определены интегральные спектральные характеристики колебаний «мягких» грунтов по отношению к «твердым». Произведен сравнительный анализ полученных спектров и спектральных характеристик. Показано, что полученные спектральные характеристики подвержены значительным (до 45%) флуктуациям как в части расположения расчетного участка, так и в зависимости от среднего периода повторяемости расчетных землетрясений, что говорит о необходимости учета этого обстоятельства в исследовательской и практической работе. Установленные флуктуации спектров и спектральных характеристик в целом сходны с выявленной ранее для данной территории вариабельностью интегральных макросейсмических интенсивностей сотрясений и приращений балльности. Но есть и отличия. Это делает прямые переходы, например, от оценок приращений балльности к спектральным характеристикам чреватыми существенными погрешностями. Это также следует иметь в виду при проведении оценок типа PSHA. Полученные результаты пока трактуются как относящиеся только к территории РСО-Алания. Насколько они применимы и к другим районам предстоит выяснить в дальнейшем.