Разрабатываемая технология может применяться для контроля состояния конструкций зданий и инженерных сооружений – мостов, трубопроводов и т.д. Технология основана на изучении динамических характеристик стоячих волн, возникающих в сооружениях в результате воздействия сейсмоакустических шумов. Для выделения стоячих волн применяется накопление большого числа амплитудных спектров шумовых записей. При необходимости для контроля и интерпретации получаемых результатов привлекаются данные физического и численного моделирования.
Сравнение распределений амплитудных спектров по высоте здания, измеренных в 2018 (а) и 2020 (б) годах
В работе принимают участие сотрудники лаборатории динамических проблем сейсмики ИНГГ СО РАН к.т.н. К.В. Федин, д.т.н. Ю.И. Колесников и бакалавр кафедры геофизических систем НГТУ НЭТИ Е.Э. Косякина, которая помогала ученым производить измерения в ходе натурных экспериментов. Для сбора данных исследователи используют одноканальные цифровые регистраторы, геофоны и специальное программное обеспечение.
Что именно сделали ученые?
Пример применения данной технологии – исследование амплитудно-частотных характеристик десятиэтажного жилого дома и приповерхностного слоя грунтов, лежащих в его основании. Как известно, совпадение собственных частот сооружения и грунтового слоя в его основании снижает сейсмобезопасность сооружения. При проектировании сооружений стараются учитывать резонансные свойства грунтов, но в реальности это не всегда удается сделать. Поэтому желательно иметь возможность контролировать резонансные свойства сооружений и их грунтовых оснований, для чего и предназначена разрабатываемая технология.
Измерение сейсмоакустических шумов в здании (по вертикальному профилю) и на поверхности грунтового слоя проводилось в летний и зимний периоды. Результаты проведенных измерений показали, что частотно-амплитудные характеристики исследуемого здания практически не изменились с течением времени, а собственные частоты грунтового слоя зимой повышаются на несколько десятков процентов. При этом зимой частота низшей моды колебаний приповерхностных грунтов практически совпадает с одной из собственных частот здания.
При повторных измерениях в 2020 году было замечено, что по сравнению с 2018 годом наблюдается резкое увеличение амплитудного спектра с 5 по 7 этаж здания (см. рисунок), что может быть вызвано либо конструктивными изменениями (например, при перестройке квартир), либо естественным старением конструкций здания. Таким образом, разрабатываемая технология может с успехом применяться для мониторинга и тестирования зданий и сооружений.
Где стоит применять технологию?
По словам ученых, исследования показали, что при проектировании различных сооружений необходимо учитывать сезонные изменения резонансных свойств приповерхностных грунтов, особенно в районах с ярко выраженной сезонностью и в сейсмоопасных регионах.
Актуальным это становится и для Новосибирской области. В регионе возрастает техногенное воздействие на геологическую среду, что приводит в том числе к росту наведенной сейсмичности. Это связано в частности с тем, что в Искитимском районе области ведется добыча угля открытым способом. Из-за проведения работ на угольных карьерах происходит изменение напряжённо-деформированного состояния породного массива, которое приводит к возникновению техногенных землетрясений. Также относительно недалеко от Новосибирской области находятся зоны повышенной сейсмичности (Горный Алтай, Саяны), что также создает дополнительные риски.
В дальнейшем ученые планируют развивать свои наработки. По результатам исследования десятиэтажного дома Елизавета Косякина успешно защитила квалификационную работу на степень бакалавра.
Текст сообщения под редакцией Павла Красина
Иллюстрация предоставлена Е.Э. Косякиной
Информация предоставлена пресс-службой ИНГГ СО РАН
