Seismic response of a layered soil deposit with inclusions
It is known that soil massifs can amplify or weaken seismic waves generated by earthquakes. Therefore, the problem of studying the impact of soil deposits on the passage of seismic waves is important in terms of the facilities in operation and the design of new earthquake-resistant objects. Soil dep...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2021
|
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230186 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Institution
Geofizicheskiy Zhurnal| id |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-230186 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Geofizicheskiy Zhurnal |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2021-06-03T08:51:48Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| format |
Article |
| author |
Kendzera, O.V. Mykulyak, S.V. Semenova, Yu.V. Skurativska, I.A. Skurativskyi, S.I. |
| spellingShingle |
Kendzera, O.V. Mykulyak, S.V. Semenova, Yu.V. Skurativska, I.A. Skurativskyi, S.I. Seismic response of a layered soil deposit with inclusions |
| author_facet |
Kendzera, O.V. Mykulyak, S.V. Semenova, Yu.V. Skurativska, I.A. Skurativskyi, S.I. |
| author_sort |
Kendzera, O.V. |
| title |
Seismic response of a layered soil deposit with inclusions |
| title_short |
Seismic response of a layered soil deposit with inclusions |
| title_full |
Seismic response of a layered soil deposit with inclusions |
| title_fullStr |
Seismic response of a layered soil deposit with inclusions |
| title_full_unstemmed |
Seismic response of a layered soil deposit with inclusions |
| title_sort |
seismic response of a layered soil deposit with inclusions |
| title_alt |
Сейсмическая реакция слоистой грунтовой толщи с включениями Сейсмічна реакція шаруватої ґрунтової товщі з включеннями |
| description |
It is known that soil massifs can amplify or weaken seismic waves generated by earthquakes. Therefore, the problem of studying the impact of soil deposits on the passage of seismic waves is important in terms of the facilities in operation and the design of new earthquake-resistant objects. Soil deposits, which are allotted for building, are mainly layered. In addition, the materials in these layers are also significantly heterogeneous. To describe the dynamics of inhomogeneous soil massif, the model of an elastic continuum with oscillating non-interacting inclusions is used. Within the framework of this model, the resonant properties of multi-layered soil deposit are analyzed at the conditions of harmonic perturbations applied to the bedrock. On the basis of the solution to the boundary value problem concerning oscillations of the system subjected to the free surface and conjugation conditions on the boundaries between layers, it is derived the transfer function which characterizes the amplification of shear displacements by the layered system. Within the framework of problems on the oscillations of two- and five layered systems, the analytical studies were confirmed by numerical evaluations of transfer functions. In particular, using the built-in functions of the system «Mathematica», it is developed the numerical procedure for evaluating the frequency dependencies of amplification factor for layered Kelvin—Voigt media and media with oscillating inclusions. Moreover, for the two-layered system, it is analyzed the effect on the transfer function for the ratio of layers’ shear moduli and the ratio of the inclusions’ natural frequencies. It is also shown that the maxima in the transfer function correspond to the eigenfrequencies of the boundary value problem.The obtained results and the proposed approach to the study of the response of the layered inhomogeneous medium to vibrational perturbations can serve as a theoretical basis for earthquake-resistant design and construction. |
| publisher |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230186 |
| work_keys_str_mv |
AT kendzeraov seismicresponseofalayeredsoildepositwithinclusions AT mykulyaksv seismicresponseofalayeredsoildepositwithinclusions AT semenovayuv seismicresponseofalayeredsoildepositwithinclusions AT skurativskaia seismicresponseofalayeredsoildepositwithinclusions AT skurativskyisi seismicresponseofalayeredsoildepositwithinclusions AT kendzeraov sejsmičeskaâreakciâsloistojgruntovojtolŝisvklûčeniâmi AT mykulyaksv sejsmičeskaâreakciâsloistojgruntovojtolŝisvklûčeniâmi AT semenovayuv sejsmičeskaâreakciâsloistojgruntovojtolŝisvklûčeniâmi AT skurativskaia sejsmičeskaâreakciâsloistojgruntovojtolŝisvklûčeniâmi AT skurativskyisi sejsmičeskaâreakciâsloistojgruntovojtolŝisvklûčeniâmi AT kendzeraov sejsmíčnareakcíâšaruvatoígruntovoítovŝízvklûčennâmi AT mykulyaksv sejsmíčnareakcíâšaruvatoígruntovoítovŝízvklûčennâmi AT semenovayuv sejsmíčnareakcíâšaruvatoígruntovoítovŝízvklûčennâmi AT skurativskaia sejsmíčnareakcíâšaruvatoígruntovoítovŝízvklûčennâmi AT skurativskyisi sejsmíčnareakcíâšaruvatoígruntovoítovŝízvklûčennâmi |
| first_indexed |
2025-07-17T11:11:58Z |
| last_indexed |
2025-07-17T11:11:58Z |
| _version_ |
1837892338043584512 |
| spelling |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-2301862021-06-03T08:51:48Z Seismic response of a layered soil deposit with inclusions Сейсмическая реакция слоистой грунтовой толщи с включениями Сейсмічна реакція шаруватої ґрунтової товщі з включеннями Kendzera, O.V. Mykulyak, S.V. Semenova, Yu.V. Skurativska, I.A. Skurativskyi, S.I. It is known that soil massifs can amplify or weaken seismic waves generated by earthquakes. Therefore, the problem of studying the impact of soil deposits on the passage of seismic waves is important in terms of the facilities in operation and the design of new earthquake-resistant objects. Soil deposits, which are allotted for building, are mainly layered. In addition, the materials in these layers are also significantly heterogeneous. To describe the dynamics of inhomogeneous soil massif, the model of an elastic continuum with oscillating non-interacting inclusions is used. Within the framework of this model, the resonant properties of multi-layered soil deposit are analyzed at the conditions of harmonic perturbations applied to the bedrock. On the basis of the solution to the boundary value problem concerning oscillations of the system subjected to the free surface and conjugation conditions on the boundaries between layers, it is derived the transfer function which characterizes the amplification of shear displacements by the layered system. Within the framework of problems on the oscillations of two- and five layered systems, the analytical studies were confirmed by numerical evaluations of transfer functions. In particular, using the built-in functions of the system «Mathematica», it is developed the numerical procedure for evaluating the frequency dependencies of amplification factor for layered Kelvin—Voigt media and media with oscillating inclusions. Moreover, for the two-layered system, it is analyzed the effect on the transfer function for the ratio of layers’ shear moduli and the ratio of the inclusions’ natural frequencies. It is also shown that the maxima in the transfer function correspond to the eigenfrequencies of the boundary value problem.The obtained results and the proposed approach to the study of the response of the layered inhomogeneous medium to vibrational perturbations can serve as a theoretical basis for earthquake-resistant design and construction. Известно, что грунтовые массивы могут усиливать или ослаблять сейсмические волны, генерируемые землетрясениями. Поэтому исследование влияния грунтовых толщ на скорость прохождения сейсмических волн важна с точки зрения эксплуатации сооружений и проектирования новых сейсмостойких объектов. Грунтовые толщи, на которых ведется строительство, в основном имеют слоистую структуру. Материал этих слоев также существенно неоднородный. Для описания динамики неоднородного грунтового массива использована модель упругого континуума с осциллирующими невзаимодействующими включениями. В рамках этой модели проанализированы резонансные свойства многослойного грунтового массива в условиях гармонического возмущения, приложенного к нижней границе массива. На основании решения краевой задачи о колебаниях такой системы со свободной верхней поверхностью и условиями сопряжения на границах слоев получена передаточная функция, которая характеризует усиление поперечных смещений слоистой системой. В рамках задач о колебаниях двух- и пятислойных систем аналитические исследования были подтверждены числовым расчетом передатотных функций. В частности, с использованием встроенных функций системы «Mathematica» разработана процедура вычисления частотных зависимостей коэффициента усиления для слоистых сред Кельвина-Фойгта и сред с колеблющимися включениями. Для двухслойной системы также проанализировано влияние на передаточную функцию отношения модулей сдвига материалов двух слоев, а также отношения собственных частот включений. Показано, что максимумы в передаточной функции соответствуют собственным частотам краевой задачи. Полученные результаты и предложенный подход к изучению отклика слоистой неоднородной среды на колебательные возмущения могут служить теоретическим основанием для сейсмостойкого проектирования и строительства. Відомо, що ґрунтові масиви можуть підсилювати або послаблювати сейсмічні хвилі, генеровані землетрусами. Тому задача дослідження впливу ґрунтових товщ на проходження сейсмічних хвиль важлива з позиції експлуатації споруд та проєктування нових сейсмостійких об’єктів. Ґрунтові товщі, на яких здійснюється забудова, здебільшого мають шарувату структуру. Матеріал цих шарів також суттєво неоднорідний. Для опису динаміки неоднорідного ґрунтового масиву використано модель пружного континууму з осцилюючими невзаємодіючими включеннями. В рамках цієї моделі проаналізовано резонансні властивості багатошарового ґрунтового масиву в умовах гармонічного збурення, прикладеного до нижньої межі масиву. На підставі розв’язку крайової задачі про коливання такої системи з вільною верхньою поверхнею та умовами спряження на межах прошарків отримано передавальну функцію, яка характеризує підсилення поперечних зміщень шаруватою системою. В межах задач про коливання дво- та п’ятишарової систем аналітичні дослідження було підтверджено числовим розрахунком передавальних функцій. Зокрема, з використанням вбудованої функції системи «Mathematica» розроблено процедуру обчислення частотних залежностей коефіцієнта підсилення для шаруватих середовищ Кельвіна-Фойгта та середовищ з коливними включеннями. Для двошарової системи також проаналізовано вплив на передавальну функцію відношення модулів зсуву матеріалів двох шарів і відношення власних частот включень. Показано, що максимуми у передавальній функції відповідають власним частотам крайової зачі. Отримані результати та запропонований підхід до вивчення відгуку шаруватого неоднорідного середовища на коливальні збурення можуть бути теоретичним підґрунтям для сейсмостійкого проєктування та будівництва. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2021-06-03 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230186 10.24028/gzh.v43i2.230186 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 43 No. 2 (2021); 3-13 Геофизический журнал; Том 43 № 2 (2021); 3-13 Геофізичний журнал; Том 43 № 2 (2021); 3-13 2524-1052 0203-3100 en https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230186/232133 http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |