Разработка систем сейсмической защиты от воздействия поверхностных волн на основе композитных сейсмических барьеров

Проект направлен на решение одной из важнейших проблем в современной теории сейсмической защиты, - разработку метода территориальной сейсмической защиты, предназначенного для защиты различных объектов (взлетные полосы аэродромов, опоры мостов, энергетические объекты и др.) от всех основных типов поверхностных сейсмических волн: Рэлея, Рэлея-Лэмба и Лява, а также головных (head) SP волн и эванесцентных волн, возникающих в эпицентральных зонах тектонических землетрясений. Здесь надо отметить, что протяженные объекты особенно чувствительны к сейсмическим поверхностным волнам Рэлея и Рэлея-Лэмба, вызывающих изгибные деформации и, как следствие, растрескивание и последующее разрушение. В качестве создаваемой системы сейсмической защиты выступают вертикальные композитные барьеры нового типа, использующие гранулированные материалы с контрастными акустическими свойствами, позволяющими (i) отражать энергию перечисленных сейсмических волн за счет мягкого внешнего акустического слоя; (ii) осуществлять захват энергии проникающих внутрь барьера волн внутри акустически жестких гранулированных слоев, и (iii) диссипировать энергию волн внутри соответствующих слоев за счет образования и распространения множественных ударных волновых фронтов. Как показывают предварительные результаты, полученные членами авторского коллектива, применение таких метаматериалов позволит снизить интенсивность проявления землетрясений в защищаемых территориях на два и более балла, и, тем самым, ликвидировать угрозу разрушения защищаемых объектов. Гранулированные метаматериалы с контрастными акустическими свойствами наделяют сейсмические барьеры свойствами широкодиапазонных фононных кристаллов, т.е. материалов, обеспечивающих непропускание волн в широком диапазоне частот. Работы по созданию таких барьеров проводятся на протяжении нескольких лет членами авторского коллектива из ИПМех РАН, ИПмаш РАН, НИУ МГСУ За последние пять лет авторским коллективом по тематике, связанной с сейсмической защитой, распространением волн в функционально-градиентных и гранулированных средах, опубликовано более 100 научных работ в российских и международных журналах, причем более 40 статей в журналах Q1. Актуальность тематики подчеркивается следующими обстоятельствами: Как показывает анализ литературных источников, в случае сейсмических воздействий, вызванных появлением поверхностных или головных волн значительной интенсивности, традиционные методы сейсмической защиты оказываются малоэффективными или неприменимыми. Это вызвано, несколькими факторами: естественными ограничениями сейсмоизолирующих устройств на амплитудные значения перемещений, скоростей и ускорений. Такие ограничения особенно характерны для наиболее массовых и относительно дешевых резинометаллических сейсмоизоляторов, предназначенных для демпфирования энергии объемных S волн; а так же разрушением фундаментных конструкций из-за появления нерасчетных изгибных деформаций в случае прихода сейсмических волн Рэлея или Рэлея-Лэмба большой интенсивности, - это особенно опасно для сооружений, имеющих значительную протяженность. Здесь надо так же отметить, что до настоящего времени не проводился анализ последствий воздействия головных и эванесцентных волн, представляющих исключительную опасность именно в эпицентральных зонах землетрясений.