Assessment of seismic response of a soil layer with the oscillating inclusions
The results of modern studies of the earthquakes impact indicate that the soil layers located under buildings and structures can significantly transform the seismic wave passing through their thickness and have a catastrophic effect on these objects. Hence, the study of wave processes in soil massif...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/210669 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Репозитарії
Geofizicheskiy Zhurnal| id |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-210669 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Geofizicheskiy Zhurnal |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
amplitude-frequency characteristics resonant phenomena models of heterogeneous media ground response modeling to seismic load амплітудно-частотна характеристика резонансні явища моделі неоднорідних геосередовищ моделювання реакції ґрунту на сейсмічні впливи амплитудно-частотная характеристика резонансные явления модели неоднородных геосред моделирование реакции грунта на сейсмические воздействия |
| spellingShingle |
amplitude-frequency characteristics resonant phenomena models of heterogeneous media ground response modeling to seismic load амплітудно-частотна характеристика резонансні явища моделі неоднорідних геосередовищ моделювання реакції ґрунту на сейсмічні впливи амплитудно-частотная характеристика резонансные явления модели неоднородных геосред моделирование реакции грунта на сейсмические воздействия Kendzera, O.V. Mykulyak, S.V. Semenova, Yu.V. Skurativska, I.A. Skurativskyi, S.I. Assessment of seismic response of a soil layer with the oscillating inclusions |
| topic_facet |
amplitude-frequency characteristics resonant phenomena models of heterogeneous media ground response modeling to seismic load амплітудно-частотна характеристика резонансні явища моделі неоднорідних геосередовищ моделювання реакції ґрунту на сейсмічні впливи амплитудно-частотная характеристика резонансные явления модели неоднородных геосред моделирование реакции грунта на сейсмические воздействия |
| format |
Article |
| author |
Kendzera, O.V. Mykulyak, S.V. Semenova, Yu.V. Skurativska, I.A. Skurativskyi, S.I. |
| author_facet |
Kendzera, O.V. Mykulyak, S.V. Semenova, Yu.V. Skurativska, I.A. Skurativskyi, S.I. |
| author_sort |
Kendzera, O.V. |
| title |
Assessment of seismic response of a soil layer with the oscillating inclusions |
| title_short |
Assessment of seismic response of a soil layer with the oscillating inclusions |
| title_full |
Assessment of seismic response of a soil layer with the oscillating inclusions |
| title_fullStr |
Assessment of seismic response of a soil layer with the oscillating inclusions |
| title_full_unstemmed |
Assessment of seismic response of a soil layer with the oscillating inclusions |
| title_sort |
assessment of seismic response of a soil layer with the oscillating inclusions |
| title_alt |
Оценка сейсмической реакции слоя грунта с колеблющимися включениями Оцінка сейсмічної реакції прошарку ґрунту з коливними включеннями |
| description |
The results of modern studies of the earthquakes impact indicate that the soil layers located under buildings and structures can significantly transform the seismic wave passing through their thickness and have a catastrophic effect on these objects. Hence, the study of wave processes in soil massifs is extremely important and relevant. It is known that soils are characterized by significant heterogeneity, which affects the spectral characteristics of seismic waves, so this should be taken into account when analyzing wave fields in the soil layers. In this paper, it is proposed to describe the dynamics of an inhomogeneous soil massif within the model of an elastic continuum with oscillating non-interacting dissipative inclusions. To examine vibrations in the layer of finite thickness with a free surface and harmonic perturbation applied to its lower edge, it is formulated the boundary value problem for the equations of medium’s motion. Based on the solution of this problem, the influence of inclusions on the characteristics of waves is analyzed. It is found out that the natural frequency of inclusions significantly affects the transfer function, which characterizes the amplification of the displacements on the free surface relative to the displacements at the lower boundary of the layer, i. e. when the natural frequency of inclusions increases, near the leading resonant peak additional resonant frequency appears, while for high frequencies a degeneration of resonant frequencies is observed. In the case when the natural frequencies of the inclusions have a non-discrete distribution with two separate frequencies, the effect of the inclusions is manifested at low-frequency oscillations, and in the high-frequency region only the resonant amplitude decreases. The approach, which uses the model with oscillating inclusions to the analysis of layer response to seismic disturbances, is promising for seismic design and construction. |
| publisher |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/210669 |
| work_keys_str_mv |
AT kendzeraov assessmentofseismicresponseofasoillayerwiththeoscillatinginclusions AT mykulyaksv assessmentofseismicresponseofasoillayerwiththeoscillatinginclusions AT semenovayuv assessmentofseismicresponseofasoillayerwiththeoscillatinginclusions AT skurativskaia assessmentofseismicresponseofasoillayerwiththeoscillatinginclusions AT skurativskyisi assessmentofseismicresponseofasoillayerwiththeoscillatinginclusions AT kendzeraov ocenkasejsmičeskojreakciisloâgruntaskoleblûŝimisâvklûčeniâmi AT mykulyaksv ocenkasejsmičeskojreakciisloâgruntaskoleblûŝimisâvklûčeniâmi AT semenovayuv ocenkasejsmičeskojreakciisloâgruntaskoleblûŝimisâvklûčeniâmi AT skurativskaia ocenkasejsmičeskojreakciisloâgruntaskoleblûŝimisâvklûčeniâmi AT skurativskyisi ocenkasejsmičeskojreakciisloâgruntaskoleblûŝimisâvklûčeniâmi AT kendzeraov ocínkasejsmíčnoíreakcííprošarkugruntuzkolivnimivklûčennâmi AT mykulyaksv ocínkasejsmíčnoíreakcííprošarkugruntuzkolivnimivklûčennâmi AT semenovayuv ocínkasejsmíčnoíreakcííprošarkugruntuzkolivnimivklûčennâmi AT skurativskaia ocínkasejsmíčnoíreakcííprošarkugruntuzkolivnimivklûčennâmi AT skurativskyisi ocínkasejsmíčnoíreakcííprošarkugruntuzkolivnimivklûčennâmi |
| first_indexed |
2024-04-21T19:43:00Z |
| last_indexed |
2024-04-21T19:43:00Z |
| _version_ |
1796974660123885568 |
| spelling |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-2106692020-10-27T13:30:13Z Assessment of seismic response of a soil layer with the oscillating inclusions Оценка сейсмической реакции слоя грунта с колеблющимися включениями Оцінка сейсмічної реакції прошарку ґрунту з коливними включеннями Kendzera, O.V. Mykulyak, S.V. Semenova, Yu.V. Skurativska, I.A. Skurativskyi, S.I. amplitude-frequency characteristics resonant phenomena models of heterogeneous media ground response modeling to seismic load амплітудно-частотна характеристика резонансні явища моделі неоднорідних геосередовищ моделювання реакції ґрунту на сейсмічні впливи амплитудно-частотная характеристика резонансные явления модели неоднородных геосред моделирование реакции грунта на сейсмические воздействия The results of modern studies of the earthquakes impact indicate that the soil layers located under buildings and structures can significantly transform the seismic wave passing through their thickness and have a catastrophic effect on these objects. Hence, the study of wave processes in soil massifs is extremely important and relevant. It is known that soils are characterized by significant heterogeneity, which affects the spectral characteristics of seismic waves, so this should be taken into account when analyzing wave fields in the soil layers. In this paper, it is proposed to describe the dynamics of an inhomogeneous soil massif within the model of an elastic continuum with oscillating non-interacting dissipative inclusions. To examine vibrations in the layer of finite thickness with a free surface and harmonic perturbation applied to its lower edge, it is formulated the boundary value problem for the equations of medium’s motion. Based on the solution of this problem, the influence of inclusions on the characteristics of waves is analyzed. It is found out that the natural frequency of inclusions significantly affects the transfer function, which characterizes the amplification of the displacements on the free surface relative to the displacements at the lower boundary of the layer, i. e. when the natural frequency of inclusions increases, near the leading resonant peak additional resonant frequency appears, while for high frequencies a degeneration of resonant frequencies is observed. In the case when the natural frequencies of the inclusions have a non-discrete distribution with two separate frequencies, the effect of the inclusions is manifested at low-frequency oscillations, and in the high-frequency region only the resonant amplitude decreases. The approach, which uses the model with oscillating inclusions to the analysis of layer response to seismic disturbances, is promising for seismic design and construction. Результаты современных исследований последствий землетрясений свидетельствуют о том, что грунтовые пласты, расположенные под зданиями и сооружениями, могут существенно трансформировать сейсмическую волну, проходящую через их толщу, и катастрофическим образом повлиять на эти объекты. Поэтому исследования волновых процессов в грунтовых массивах чрезвычайно важны и актуальны. Известно, что грунты обладают значительной неоднородностью, влияющей на спектральные характеристики сейсмических волн, поэтому она должна учитываться при анализе волновых полей в грунтовых пластах. В этой работе предложено описывать динамику неоднородного грунтового массива в рамках модели упругой среды с осциллирующими невзаимодействующими между собой диссипативными включениями. Для такой модельной среды становится краевая задача о вибрации слоя конечной толщины со свободной поверхностью и гармоническим возмущением на его нижнем крае. Опираясь на решение этой задачи, проанализировано влияние включений на характеристики волн. Выяснено, что собственные частоты включений существенно влияют на передаточную функцию, описывающую усиление смещений на свободной поверхности относительно смещений на нижней границе слоя: при увеличении собственной частоты колебаний включений вблизи основного резонанса выделяется дополнительная резонансная частота слоя грунта, а на высоких частотах происходит вырождение резонансов. Для случая, когда собственные частоты включений имеют недискретное распределение с двумя выделенными частотами, влияние включений проявляется при низкочастотных колебаниях, а в высокочастотной области уменьшаются только резонансные амплитуды. Подход к анализу реакции слоя грунта на сейсмические возмущения, в котором используется модель с колеблющимися включениями, является перспективным для задач сейсмостойкого проектирования и строительства. Результати сучасних досліджень наслідків землетрусів свідчать про те, що ґрунтові пласти, розташовані під будівлями та спорудами, можуть суттєво трансформувати сейсмічну хвилю, що проходить через їх товщу, та катастрофічним чином вплинути на ці об’єкти. Тому дослідження хвильових процесів у ґрунтових масивах є надзвичайно важливими і актуальними. Відомо, що ґрунти характеризуються значною неоднорідністю, яка впливає на спектральні характеристики сейсмічних хвиль, тому вона повинна враховуватись при аналізі хвильових полів у ґрунтових пластах. У цій праці запропоновано описувати динаміку неоднорідного ґрунтового масиву в рамках моделі пружного середовища з осцилюючими невзаємодіючими між собою дисипативними включеннями. Для такого модельного середовища ставиться крайова задача про вібрацію прошарку скінченної товщини з вільною поверхнею та гармонічним збуренням на його нижньому краї. На основі розв’язку цієї задачі проаналізовано вплив включень на характеристики хвиль. З’ясовано, що власні частоти включень суттєво впливають на передавальну функцію, яка характеризує підсилення зміщень на вільній поверхні відносно зміщень на нижній межі шару: при зростанні власної частоти коливань включень поблизу основного резонансу виділяється додаткова резонансна частота прошарку ґрунту, а на високих частотах відбувається виродження резонансів. Для випадку, коли власні частоти включень мають недискретний розподіл з двома виділеними частотами, вплив включень проявляється при низькочастотних коливаннях, а у високочастотному діапазоні зменшується лише резонансні амплітуди. Підхід до аналізу відгуку прошарку ґрунту на сейсмічні збурення, в якому використовується модель з коливними включеннями, є перспективним для задач сейсмостійкого проєктування та будівництва. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2020-09-18 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/210669 10.24028/gzh.0203-3100.v42i4.2020.210669 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 42 No. 4 (2020); 3-17 Геофизический журнал; Том 42 № 4 (2020); 3-17 Геофізичний журнал; Том 42 № 4 (2020); 3-17 2524-1052 0203-3100 en https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/210669/213175 Copyright (c) 2020 Geofizicheskiy Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |