ДВОВИМІРНІ ҐРУНТОВІ МЕТАСТРУКТУРИ ТА ПЕРІОДИЧНІ ФУНДАМЕНТИ ДЛЯ ВІБРОСЕЙСМІЧНОГО ЗАХИСТУ : ОГЛЯД

Анотація

У статті висвітлено актуальну інженерну проблему зменшення низькочастотних коливань у системі «ґрунт – фундамент – споруда», спричинених сейсмічними явищами та техногенними джерелами, такими як транспорт і промислове обладнання. Зазначено, що традиційні методи віброзахисту, включно із сейсмоізоляційними опорами та ґрунтовими екранами, мають суттєві обмеження: недостатню ефективність у низькочастотному діапазоні через великі довжини хвиль, відсутність можливості точного спектрального налаштування та складність поєднання з несучими елементами будівель. У роботі досліджуються можливості двовимірних (2D) ґрунтових метаструктур і періодичних фундаментів, здатних формувати керовані зони загасання та смуги непропускання для пружних хвиль. Детально проаналізовано ключові фізичні механізми: розсіювання хвиль на періодичних неоднорідностях за бреґґівським принципом, локальний резонанс субхвильових елементів, інерційне підсилення, а також ефекти перетворення поверхневих хвиль Релея в об’ємні моди. Систематизовано основні класи рішень, до яких належать ґрунтові метабар’єри, метаповерхні, періодичні пальові поля та метафундаменти. Розглянуто еволюцію методів моделювання від розрахунку дисперсійних діаграм для нескінченних середовищ до чисельного аналізу скінченних масивів із врахуванням дисипації енергії та динамічної взаємодії ґрунту і споруди. На основі огляду робіт 2020–2025 років показано, що для практичної реалізації критично важливим є розрізнення теоретичних заборонених зон та інженерних зон загасання, ефективність яких залежить від технологічних допусків і неоднорідності ґрунтового масиву. Метою статті є систематизація теоретичних та експериментальних даних для визначення меж застосування метаструктур і бар’єрів їх впровадження, а також обґрунтування переходу до методів проєктування, що враховують невизначеність, зокрема, на базі теорії нечітких множин. Висновок. Підтверджено, що 2D-метаструктури є перспективним напрямом розвитку систем вібросейсмічного захисту, що дозволяє створювати компактні та ефективні бар’єри для низькочастотних впливів. Результати огляду формують основу для розробки нових методик розрахунку, орієнтованих на створення надійних конструктивних систем, характеристики яких залишаються стабільними в умовах реальної мінливості властивостей ґрунту.