PREDICTION OF SYNTHETIC SEISMOGRAMS AND ACCELEROGRAMS OF STRONG MOVEMENTS OF THE SOIL AT THE EARTHQUAKE MODEL AS AN INSTANT RIP OF THE EARTH'S CRUST

Problems of the prediction of displacement and acceleration values for strong soil displacements are considered for the case where an earthquake is regarded as an instantaneous mechanical rupture of the Earth's surface. Based on recent concepts of earthquake generation process, we have attempted to develop, simplified theoretical methods for the quantitative prediction of soil displacement parameters during strong earthquakes. As an illustrative example, we consider an earthquake originating as a consequence of relative displacements of suddenly ruptured blocks in a horizontal direction with a given initial velocity. An empirical relationship between soil particle motion velocity near the rupture and at a certain distance from it, on one hand, and the earthquake magnitude, on the other hand, was established. It is assumed that the impact of inertial motions of a deep soil stratum on the inertial motions of upper subsurface soil stratum at instantaneous break of a medium can be neglected. By solving a wave problem for a multilayer near surface stratum, analytical relations were developed for a soil seismogram and accelerogram on the surface depending on the physical-mechanical and dynamic characteristics of the soil at all layers of the stratum; attenuation coefficients of mechanical soil vibrations; the distance to the rupture; and the magnitude of the predicted earthquake. The results obtained enable us to determine the maximum displacement and acceleration values of the soil, taking into account local soil conditions and their variations over time, as well as the values of the predominant vibration periods in the soil. The method was applied for solid and loose soil basements.

Accelerogram, earthquake, initial velocity, instantaneous rupture, multilayer stratum, predominant periods, seismogram, wave problem

1. Брун Дж. Н. Физика сильных движений, вызванных землетрясениями / В кн.: «Сейсмический риск и инженерные решения». - М.: Недра, 1981. С.129-161.

2. Butcher G., Hopkins D., Jury R., Massey W., McKay G., and McVerr G. The September 1985 Mexico earthquakes: Final Report of the New Zealand Reconnaissance Team // Bull. N. Z. Soc. Earthquake Eng., 1988, vol. 21, no. 1.

3. Джеффрис Г., Свирлс Б. Методы математической физики. / Т.3 - М.: Мир, 1970.

4. Эстева Л. Сейсмичность. Сейсмический риск и инженерные решения. - М.: Недра, 1981. - С. 162-203.

5. Фаччиоли Э., Резендиц Д. Динамика грунтов: поведение грунта при сейсмических воздействиях, включая разжижение / В кн.: «Сейсмический риск и инженерные решения». - М.: Недра, 1981. - С. 66-128.

6. Касахара К. Механика землетрясений. - М.: Мир, 1985.

7. Khachiyan E.Y. On Basic Concepts for Development of United International Earthquake Resistant Construction Code. Earthquake Hazard and Seismic Risk Reduction. Editors S. Balassanian, A. Cisternas, and M. Melkumyan. Kluwer Academic Publishers, Netherlands, 2000 - Pp.333-343.

8. Ньюмарк Н., Розенблюэт Э. Основы сейсмостойкого строительства. - М.: Стройиздат, 1980.

9. Khachiyan E.Y. A Method of Determination of Dominant Vibration Periods Values for Nonhomogeneous Multilayer Ground Sites. Horizon Research Publishing Corporation, USA Universal Journal of Engineering Science 2013. - Vol.1(3). - Pp 57-67.

10. Хачиян Э.Е. Прикладная сейсмология. - Ереван, Гитутюн, 2008.

11. Хачиян Э.Е. Об одном упрощенном способе определения величины потенциальной энергии деформации, накопленной в среде перед сильным землетрясением // Вулканология и сейсмология, 2011. - №4. - С. 69-80.

12. Khachiyan Y.E. On Determining of the Ultimate Strain of Earth Crust Rocks by the Value of Relative Slips on the Earth Surface after a Large Earthquake. Science Publishing Group, Earth Sciences, USA ISSN: 2328-5974 (Print); ISSN: 2328-5982 (Online), 2016 Vol. 5, No. 6 pp 111118, http://www.sciencepublishinggroup.com/j/earth. DOI: 10.11648/j.earth.20160506.14.

13. Khachiyan E.Y. Method for Determining the Potential Strain Energy Stored in the Earth before a Large Earthquake. Science Publishing Group, USA Earth Science, vol. 2, 2, 2013. - Pp 47-57.

14. Хачиян Э.Е. Об одной возможности прогнозирования сейсмограммы и акселерограммы сильных движений грунта при модели землетрясения как мгновенного разрыва земной поверхности // Вопросы инженерной сейсмологии, 2014. - Т 34. - №1. - С. 57-71.

15. Ломнитц Ц., Сингх С.К. Землетрясение и их прогноз / В кн.: «Сейсмический риск и инженерные решения». - М.: Недра, 1981. - С.7-31.

16. Mikhailova N.N., and Aptikaev F.F. Some correlation relations between parameters of seismic motions // J. Earthquake Pred. Res., 1996. - vol. 5. - No. 5 - Pp. 257-267.

17. Окомото М. Сейсмостойкость инженерных сооружений. - М., Стройиздат 1980

18. Саваренский Е.Ф. Сейсмические волны. - М.: Недра, 1972.

19. СНРА II-6.02.2006. Сейсмостойкое строительство. Нормы проектирования. Ереван, 2006, (на арм. и рус. языках).

20. Ставницер Л.Р. Сейсмостойкость оснований и фундаментов. - М.: Изд. АСВ, 2010.

21. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. - М.: Наука, 1977.

22. Wells D.L., and Coppersmith K.I. New empirical relationship among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement // Bull. Seismol. Soc. Am., 1994. - Vol. 84. - No. 4. - Pp. 974-1002.

23. Zelenovich V., and Paskalev T. Yugoslav code for aseismic design and analysis of engineering structures in seismic regions / Proceedings of the 8th European Conference of Earthquake Engineering, Lisbon. - 1986 - Vol. 1. - Pp. 361-369.

24. Рикитаке Т. Предсказание землетрясений. - М.: Мир, 1979.

25. Рихтер Ч.Ф. Элементарная сейсмология. - М.: Издательство иностранной литературы, 1963.

26. Сейсмический риск и инженерные решения. - М.: Недра, 1981.

27. Хачиян Э.Е. Метод определения значения предельной деформации пород земной коры по величине относительной подвижки на поверхности земли после сильного землетрясения // Вопросы инженерной сейсмологии, 2017. - Т.44. - No 2. - C. 5-17. DOI: 10.21455/VIS2017.2-1

28. Хачиян Э.Е., Левонян Л.А. Метод прогнозирования синтетических сейсмограмм и акселерограмм различных грунтовых оснований при сильных землетрясениях // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений, 2018. - №2. - C.14-24.