Мундарижа Кириш I боб. Қувурларнинг сейсмик мустаҳкамлиги тўғрисида умумий маълумотлар масаланинг ҳолати ва тадқиқотнинг вазифалари

2.2 Ер ости иншоотлари сейсмодинамикаси масалаларини классификациялаш

Ер ости иншоотларининг сейсмик мустаҳкамлиги масалаларини динамик ёки квазистатик қўйилишини танлаш муаммосида, иншоот киритилган иншоотнинг хусусий характеристикалари билан бирга, грунт хусусиятлари, ер ости иншоотларини жойлашиш чуқурлиги ва иншоотни тўлқин узунлигига нисбатан катталиги ҳал қилувчи рол ўйнайди.

Шу муносабат билан, иншоотнинг хусусий массасини эътиборга олмаслик ва квазистатик назария рамкасида тадқиқот ўтказиш мумкин бўлган ер ости қувурларининг динамик назарияси масалаларини алоҳида синфини ажратиб олишга табиий эҳтиёж пайдо бўлади. Сейсмик мустаҳкамликнинг статик назарияси иншоотни қаттиқ жисм деб қарайди, агар бу ер ости иншооти бўлса, у ҳолда у сейсмик таъсир остида грунт билан бирга ҳаракатланади деб тахмин қилинади. Биз таклиф қилаётган моделлар иншоотни деформациясини ҳам, уни ўраб турган грунтга нисбатан ҳаракатини ҳам ва табиий равишда «иншоот- грунт» системасида ўзаро таъсирни ҳисобга олади. Шу нуқтаи назардан квазистатик назария статик назариядан фарқ қилади. Бошқа томондан, динамик назария ўзининг умумийлиги ва кенг қамровлиги билан, муҳандислик амалиёти билан машғул бўлган шаҳслар томонидан ҳар доим ҳам ўзлаштириш мумкин бўлмаган жуда мураккаб математик аппаратга таянади, унинг натижаларини ҳар доим ҳам тўғридан-тўғри техник ечимларга қўлласа бўладиган ҳисоблаш формулалари ва меърлар кўринишида ифодалаш мумкин эмас. Квазистатик қўйилишда тадқиқи қилиш мақсадга мувофиқ бўлган масалаларни ажратиб олиш мақсадида еар ости қувурларининг сейсмик мустаҳкамлиги билан боҳлиқ бўлган мавжудд материаллар таҳлил қилинди.
Тадқиқотлар натижалари ва зилзила пайтида қувурларнинг шикастланганлигига оид маълумотлар таҳлили ер ости қувурларига сейсмик таъсирларни квазистатик деб фараз қилишга имкон беради [27-28]. Зилзилаларнинг сейсмик таъсирларини моделлаштириш учун квазистатик масалалар ечимларини қўлланишлилиги [29] ишда муҳокама қилинган. Бу ишда тўлқин узунлиги ер ости иншооти ўлчамидан уч баробардан катта бўлса квазистатик масалалар ечимидан фойдаланиш мумкинлиги кўрсатилган.
Адабиётлардан маълум бўлганидек, баъзи ҳолатларда стерженли конструкцияларни грунтли муҳит билан динамик ўзаро таъсир масалаларида (масалан [1-2, 27, 30]) конструкция билан муҳитни ўзаро таъсир кучларига нисбатан инерция кучини эътиборга олмасликни тўғрилиги тасдиқланган ва бу борада шунингдек, Кулоннинг қуруқ ишқаланишли эластик-пластик стерженини квазистатик юклаш масалалари қўйилган ва ечилган.
[1,27] ишларда сиқилишнинг узун тўлқини ҳаракати динамик масаласининг ечими текислик учун ҳосил қилинаётган чексизликда кучланганлик ҳолатига эга бўлган квазистатик масалага яқинлашади. Силжишнинг узун тўлқинини ҳаракатида кучланишни тақсимланиши ҳақиқий силжишда ҳосил бўладиганга яқинлашади, яъни чексизликда урунма кучланишлар бўлган ҳолда. Келтирилган статик масалаларни ечишда берилаётган кучланишлар чексизликда тўлқиннинг параметрларига боғлиқ бўлади, шунинг учун бу масалалар квазистатик деб аталади [1, 27].
Иншоотларни динамик юкларга ҳисоблаганда, амалда, кўпинча юк ҳаракатини ихтиёрий дақиқасида конструкцияни ҳаракатланиш хусусиятини ўрнатишни ва ички кучланишни аниқлашни ҳожати бўлмайди. Қоидага кўра, соддалаштирилган квазистатик ҳисоблашлар ёрдамида, яъни динамиклик коэффиценти ёрдамида топиш мумкин бўлган иншоотнинг конструкцияси элиментларидаги максимал силжиш ва кучланишларни аниқлаш талаб қилинади.
Квазистатик ҳисоблаш усули биринчи даражали эркинликдаги системалар каби вақтга боғлиқ бўлган битта номаълум параметргача аниқликдаги системаларни силжишини яқинлаштирилган қонунини беришни схематизация қилишга асосланган (эквивалент координата). Динамик эгиклик ҳар қандай вақтда статик ҳаракатдаги максимал юкнинг эгиклигига пропорционал. Динамикликнинг қидиралаётган вақтга боғлиқ бўлган коэффиценти пропорционаллик коэффиценти бўлади.
Бундай ёндошув кўпинча соддалаштирилган конструкцияларни импульсли ва зарбали юкларга квазистатик ҳисоблашларда ишлатилади. [31] ишда бундай ҳисоблашларда натижаларнинг аниқлиги системани силжиши бўйича қабул қилинган қонунга ва унинг ҳақиқатга яқинлигига қаттиқ боғлиқлиги, шу билан бирга системанинг ўзи юкнинг «доғи» нисбатан жуда катта бўлмаслиги кераклиги қайд этилган. Системани динамик ва статик силжишлари юк таъсирининг ҳар қандай вақтида пропорционал бўлади деган тахмин юклар система тебранишининг биринчи даврига нисбатан етарлича узоқ ва секин ўсиб борган тақдирдагина ҳақиқатга яқинлашади.
Маҳсус ер ости конструкциялари учун Н.Н. Фотиева, Н.С. Булычев, Ш.Г. Напетваридзе ва бошқалар баъзи ҳолларда ер ости объекти ҳаракатига нисбатан инерция кучини эътиборга олмаслик имкониятини кўриб чиқишган.
[32] ишда зилзила пайида ихтиёрий кўндаланг кесимли параллель транспорт тоннеллари қопламаларида пайдо бўладиган кучланишларни аниқлаш усули таклиф қилинган. Бу усул чексизликда ҳақиқий силжиш мавжуд бўлганида чизиқли-деформацияланадиган ярим текисликдаги ихтиёрий шаклдаги тешикларни маҳкамловчи эластиклик назариясининг халқаларнинг кучланганлик ҳолатлари ҳақидаги иккита квазистатик текис масалалаларнинг қаттиқ аналитик ечимларига асосланган.
Урбанизация ва атроф муҳитни ифлосланишини камайтиришга бўлган эътибор сейсмик фаол районларда ер ости қурилишларини кенгайтирмоқда ва конкрет грунт шароитлари учун илмий-тадқиқот ишларига бўлган талаб ортиб бормоқда.
[1-2, 33] ишларда ер ости иншоотларини уларни ўраб турган грунт муҳити билан ўзаро таъсирда ер ости иншоотларининг бўйлама ва кўндаланг тебранишлари ҳаракатининг етарлича аниқ тенгламаси келтирилган. Грунтли муҳит ва динамик деформацияланувчи стерженли конструкцияларданинг ўзаро таъсири синфида баъзи бир ҳолларда конструкцияларни ҳаракатидаги асосий бошланғич тенгламаларида инерция ташкил этувчиларини эътиборга олинмайдиганквазистатик қўйилганмасалалар билан чегараланадила. Бироқ, иншоотлар сейсмодинамикаси масалаларида бу яқинлашишларни баҳолаш ўзларини такомиллаштирилишини талаб қилади. Ушбу ишда ўлчовсиз ўзгарувчиларга ўтиш йўли билан ер ости қувурлари ҳаракати тенгламаси хадларини конструкциянинг геометрик ва физик параметрларига, уларни туташтириш шартларига ва ташқи динамик тўлқинланишга боғлиқ холда баҳолаш имконияти кўрсатилган. Бу маълум бир ер ости иншоотлари сейсмодинамикаси масалаларини ечишга дифференциал ёндошишни амалга оширишга имкон беради.
Ўрта Осиё худудида аксарият ҳолларда қувурлар дисперсион грунтларга ётқизилган бўлиб чиқади. Маълумки, бирлашмаган-донадор структурали грунтлар динамик таъсир остида чизлашиш хусусиятига эга, зичлиги паст бўлганида ва оз миқдордаги коллоид заррачалари мавжуд бўлганида суюлади, улар сувни яхши ўтказади ва шимиб олади.
Агрегатли структурали дисперсли грунтлар, аксинча эластиклик хусусиятларига эга, динамик юклар таъсирига жавоб бермайди ва. Улар одатда сувни ёмон ўтказадилар ва сувни кам чиқариб юборадилар. Лойли грунт учун структурани сақланиб қолиши ёки бузилиб кетиши, хусусан, ички боғланишларни бузилишига, зичлигининг ва намлигининг ўзгаришига олиб келади. Ва ниҳоят, дисперс грунти структурасининг муҳим элименти унинг гранулометрик таркиби ҳисобланади.
Тошқотишма ёки қум ва лой аралашмали шағалдан иборат бўлган қуруқ ёки кам намланган грунтда жойлашган қувур ( яъни ёпишқоқлиги деярли бўлмаган грунтда) уни ўраб турган грунтга нисбатан бўйлама йўналишда аралашиб кетиш имкониятига эга бўлиши мумкин, аммо кўндаланг йўналишда у фақат грунт билан аралашиб кетиши мумкин. Худди шу нарса зич (бироз бузилган агрегатли структурага эга), озроқ ёки умуман намланмаган лойли грунтларга ҳам тегишли. Бу турдаги масалалар ер ости иншоотлари сейсмик мустаҳкамлиги муаммоларини ҳал қилишда квазистатик ёндошувнинг классик намуналари ҳисобланади. Бунга қарама-қарши бўлиб катта намликка эга бўлган майда дисперсли грунтда жойлашган қувурлар ҳизмат қилади.
Дисперс грунтларни уларни сув билан ўзаро таъсирда бўлгандаги ҳолати заррачаларни ҳаракатланиш даражаси, яъни консистенцияси билан аниқланади. Консистенциянинг зичпластик, ярим қаттиқ ва қаттиқ каби шаклари, қаттиқ деформацияланувчан жисм ёки унга яқин бўлган ҳолатидаги грунтлар учун хосдир. Бундай грунтларда жойлашган қувурларнинг сейсмодинамикаси етарлича ривожланган яхши ўрганилган.
Консистенциянинг бошқа шакллари бўлган оқувчан, оқувчанпластик ва юмшоқпластик шаклларида – эластик сувли-коллоид боғланишларни заифлашиши оқибатида заррачаларнинг ҳаракатланиши юқори бўлиб, грунтларга ёпишқоқ суюқлик ёки паста хусусиятларини беради. Бундай грунтларда жойлашган қувурларнинг сейсмодинамикаси ҳозирги кунгача деярли ўрганилмаган. Бундай шароитда қувурлар ҳаракатининг ўзига хос хусусияти, бу уни ўраб турган грунтга нисбатан унинг ҳамма йўналишлар бўйича ҳаракатчанлигидир. Бундай қувурларнинг ҳаракатланиш тенгламаси инерция кучлари, тиқловчи кучлар, деформацияловчи кучлар ва мажбурий кучлар мувозанатини ифодалайди.
Оқувчан пластик ёки юмшоқ пластик консистенцияли грунтларда ёпишқоқлик юқори бўлшанлиги сабабли қувурнинг хусусий тебранишлари деформацияланиш биландеярли тўлалигича ютиб юборилади ва унинг ҳаракатини квазистатик қўйилишда кўриб чиқиш ўринли бўлади.
Бундай типдаги грунтлар учун [34-35] ишларда сувга тўйинган грунтларда жойлашган ( хаддан кўп намланган),бўйлама ва циклик юкламалар остидаги ер ости қувурларининг динамик барқарорлиги ҳақидаги масала кўриб чиқилган ва бундай масалаларни ечиш усули таклиф қилинган. [76] ишда таклиф этилган. Масаланинг динамикадан квазистатикага ўзгариши қувурнинг хусусий характеристикалари билан эмас, балки қувур жойлашган, самарали ёпишқоқлиги билан тавсифланган, (танланган модел доирасида) сувга тўйинган грунтнинг хусусиятлари билан аниқланади. «асосий» ва «айниган» системалар орасидаги фарқни баҳолаш мақсадида инерцион ва чизиқсиз хадларда кичик параметр киритилган. Натижада, масала оддий чизиқсиз дифференциал тенгламалар учун Коши масаласига келтирилди. Бундай системаларни сингуляр бузилган (возмущенными) ёки «тихонов» системалари деб аташ қабул қилинган.Юқоридаги Коши масаласи ечимини асимптотик ёйишни тузиш учун чегаравий функция методи ишлатилган (метод А.Б. Васильевой [37]). Биринчи яқинлашишида бошланғич масалани ечими қувур ўқининг кўндаланг кўчиши учун ҳисоблаш формуласи шаклида олинган. Таҳлиллари грунтнинг реологик параметрларини, қувурнинг геометрик ва механик характеристикалариниқувурнинг динамик барқарорлигигатаъсирини аниқлаш имконини берадиган графиклар тузилган.
Иншоотларнинг, хусусан ер ости қувурларининг бўйлама ва кўндаланг тебранишларини тадқиқ қилиш масалалари бўйича кўплаб адабиётлар мавжуд. Маълумки, қувурнинг сейсмик кўчиши грунтнинг кўчишидан фарқ қилади, бунинг натижасида қувур атрофдаги грунтга нисбатан ҳаракатланади, шунинг учун қувурнинг сейсмик тезланиши грунтнинг тезланишидан ва қувурнинг атрофдаги грунтга нисбатан нисбий ҳаракатланиш тезланишидан иборат бўлади. Масалани квазистатик қўйилиши сифатида биз қувурнинг нисбий ҳаракати тезланиши зилзила пайтидаги грунтнинг тезланишига нисбатан кичик деган тахминни қабул қилдик (квазистатик қўйилиш). [1, 2, 27] ишларда, чамаси, биринчи маротаба грунт билан ўзаро таъсирдаги тадқиқ қилинаётган конструкцияни кучланганлик-деформацияланганлик ҳолатини аниқлашда нисбатан кичик диаметрли узун ер ости қувурларининг сейсмик юклар остидаги эътиборга олмаслик мумкин бўлган инерция юклари қийматининг аҳамиятсизлигига эътибор қаратилди.
Инерцион-тақсимланган кучларни эътиборга олмаслик ва ер ости қувурларини бўйлама тебранишида улардан фойдаланиш имконияти бўйича шунга ўҳшаш яқинлашишлар бошқа муаллифлар томонидан ҳам келтирилган [30]. Муҳандислик амалиётида кўпинча конструкцияни грунтли муҳит билан ўзаро таъсирининг физик жараёнини моделлаштиришнинг жуда содда, аммо ишончли усуллари талаб қилинади.
Квазистатик методларни сўзсиз афзаллиги, бу динамик таъсирга ҳисоблашнинг нисбатан соддалиги, шунингдек, системанинг ҳаракати (кўчиш, кучланиш) статик ҳисоблаш ёрдамида аниқланишидадир. Бу оддий жиддий динамик таҳлил ўтказишга имкон бермайдиган чекли айирмалар дастуридан фойдаланиб конструкцияни динамик юкларга жавобини аниқлаш имконини беради [38].
Квазистатик ҳисоблашлар бўйича олинган натижаларни биринчи яқинлашиш сифатида қаралиши лозим. Конструкцияни мустаҳкамлигини етарлича запас билан кўзда тутиш керак, ёки квазистатик ҳисоблашлар натижаларини, янада аниқроқ бўлган динамик ҳисоблаш ёрдамида текшириш керак.
Шундай қилиб, инерция кучларини эътиборга олмаслик мумкин бўлган маълум бир конфигурацияларнинг ўзаро таъсирини динамик масалаларини ечиш билан боғлиқ бўлган вазиятларни соддалаштиришларда янги муаммолар пайдо бўлади. Бу масалалар – конструкция билан муҳитни ўзаро таъсирининг квазистатик масалалари, масалан [27] да кўрсатилганидек, ўзаро таъсир параметрларининг аниқ биркенг диапазонида ишлайдиган ер ости қувурларига сейсмик таъсирларни баҳолашда муҳим аҳамиятга эга. Ушбу хулосалар, шунингдек, масалан [1, 27, 30] адабиётларни таҳлил қилиш натижасида ҳам олинган.
Катта узунликка эга бўлган ҳаётни таъминловчи қувурлар системаси турли хил муҳандислик-геологик ва грунтли муҳитларга эга бўлган ҳудудларни кесиб ўтиши мумкин. Бу сейсмик тўлқинларнинг турли хил грунт шароитларида пайдо бўлиш ҳарактерининг ўзгаришини ва уларни қувур конструкциясига таъсирини кузатишга имкон беради.