Характеристика небезпечних геологічних процесів

Землетрус – підземні удари та коливання поверхні Землі, спричинені природними причинами.

Область виникнення підземного удару – осередок землетрусу – представляє деякий об'єм у товщі Землі, у межах якого відбувається процес вивільнення енергії, що накопичується тривалий час. Ця енергія вивільняється при майже миттєвому переміщенні мас. У центрі осередку умовно виділяється точка, іменована гіпоцентром. Проекцію гіпоцентру на поверхню землі називають епіцентром. Від осередку в усі боки поширюються пружні сейсмічні хвилі, серед яких розрізняють поздовжні Р и поперечні S. Поздовжні хвилі це перенос стиску та розтягання в напрямку поширення, поперечні хвилі - це коливання частинок, що відбуваються перпендикулярно напрямкам поширення хвилі. Швидкість поздовжніх хвиль більш поперечних. У результаті переломлення та відбиття в неоднорідному середовищі поблизу поверхонь розділу виникають поверхневі хвилі які поширюються поверхнею Землі в усі боки від епіцентру.

Осередки землетрусу виникають на різних глибинах (Н). Більша їхня частина залягає в земній корі (на глибині порядку 20...30…30 км.). У деяких районах відзначаються поштовхи вихідні з глибин у сотні кілометрів. При кожному землетрусі виділяється величезна кількість кінетичної енергії (Е). У формі землетрусів на всій землі за рік звільняється енергія порядку 0,5 ∙ 10¹⁹ Дж, що становить 0,5% всієї енергії внутрішніх процесів Землі.

Мірою загальної енергії хвиль служить магнітуда землетрусу (М) – деяка умовна величина, пропорційна логарифму максимальної амплітуди зсуву частинок ґрунту. Ця величина визначається з спостережень на сейсмічних станціях, через амплітуду Zm (мкм) поверхневої хвилі та відстані R (км), до епіцентру землетрусу за формулою:

M = lgZm – l,32 R

і виражається у відносних одиницях. Найдужчий землетрус має магнітуду не більш 9. Енергія, що виділяється при землетрусі, Дж:

Е = 10^{(5,24+1,44М)}

Для характеристики струсів на поверхні Землі використовуються різні шкали інтенсивності землетрусів. В Україні для цих цілей використовують шкалу MSK-64 за якою інтенсивність вимірюється в балах (0 – 12).

Таблиця 1. Сейсмічна шкала (схематизована).

Максимальну інтенсивність в епіцентрі землетрусу I ₀ визначають за формулою:

I ₀ = l,5 M – 3,51gН + 3.

При відсутності даних про глибину гіпоцентру (Н):

I ₀ = l,5(M – l).

Інтенсивність землетрусу на відстані R від епіцентру для однорідного ґрунту визначається за формулою:

.

Реальну інтенсивність I' землетрусу, що враховує тип ґрунту під забудовою, можна визначити за формулою:

,

де: Δ I _з – збільшення бальності для ґрунту на якому побудований будинок у порівнянні з гранітом; Δ I _м – збільшення бальності для ґрунту оточуючої місцевості.

Значення Δ I _з (Δ I _м) для різних ґрунтів наведені в таблиці 2.

Таблиця 2. Збільшення бальності для різних ґрунтів.

Відстань R, км, від епіцентру на якому можливе виникнення коливань певної інтенсивності:

.

Час приходу поздовжніх сейсмічних хвиль – 1 фаза землетрусу, t, с.:

,

де: V _пp – середня швидкість поширення поздовжніх хвиль, км/с.

Час приходу поверхневих сейсмічних хвиль – головна (II) фаза землетрусу, t_ІІ, с.:

,

де: V_пов - середня швидкість поширення поверхневих хвиль.

Таблиця 3. Швидкість поширення поздовжніх і поверхневих хвиль.

Інтервал часу від настання першої фази землетрусу до настання головної фази Δ t, з:

∆ t = t_ІІ – t_{І .}

Ступінь руйнування будинків і споруд при даній інтенсивності землетрусу має імовірнісний характер.

Всі будинки та споруди традиційної будівлі (без антисейсмічних заходів) підрозділяють на 3 типи, кожному з яких властива певна сейсмостійкість.

Таблиця 4. Класифікація будинків і споруд за сейсмостійкістю

Тип будинків і споруд за сейсмостійкостю табл.4Тип будинків	Характеристика будинків	Сейсмостійкість I с, бали
А	А1	Без каркасний будинок з місцевого матеріалу без фундаменту
	А2	Будинки з сирцевої цегли на фундаменті	4,5
Б	Б1	Будинки з дерев'яним каркасом з легкими перекриттями
	Б2	Будинок з паленої цегли або бетонних блоків	5,5
В	В1	Дерев'яні будинки, рубані в «лапу»
	В2	Залізобетонні каркасні та великопанельні будинки	6,6

Можна виділити наступні ступені руйнування будинків:

1. Слабкі ушкодження (тріщини в штукатурці, між панелями, відколювання невеликих шматків штукатурки). Усуваються косметичним ремонтом.

2. Помірні руйнування (відколювання більших шматків штукатурки, наскрізні тріщини в перегородках, слабкі ушкодження несучих стін). Необхідний капітальний ремонт.

3. Важкі ушкодження (руйнування конструкцій, що обгороджують, значна деформація каркасів, обвалення димарів). Необхідний відбудовний ремонт.

4. Руйнівні ушкодження (часткове руйнування несучих конструкцій, порушення зв'язків між частинами будинку, обвалення великих частин будинку). Будинок не відновлюється і підлягає зносу.

5. Повне руйнування будинку.

Імовірність отримання будинками ушкоджень певного ступеня представлена в таблиці 5.

Таблиця 5. Імовірність отримання будинками ушкоджень різного ступеня,

*Бали розраховуються як різниця між реальною інтенсивністю та сейсмостійкістю .

У наш час широкий розвиток одержали детально розроблені методи статистичного аналізу землетрусів. За їхньою допомогою складають карти коливань (середньої частоти землетрусу того або іншого енергетичного класу в даному пункті), а також графіки повторюваності (залежність частоти землетрусу від магнітуди). Аналіз сейсмічних даних дозволяє заздалегідь намітити ті області, де слід очікувати в майбутньому землетрусу, оцінити їхню максимальну інтенсивність. У цьому складається сутність сейсмічного районування. Карти сейсмічного районування зобов'язані брати до уваги організації, що проектують у сейсмічних районах. Дотримання норм сейсмостійкого будівництва дозволяє значно знизити руйнівний вплив землетрусів на будинки та споруди.

У майбутньому, імовірно, вдасться вирішити і проблему прогнозу землетрусів. Основний шлях до рішення цієї проблеми - ретельна реєстрація «провісників» землетрусу - слабких попередніх поштовхів (форшоков), деформації земної поверхні, зміни параметрів геофізичних полів та інших змін стану і властивостей речовини в зоні майбутнього осередку землетрусу. Спостереження за землетрусами здійснюються спеціальною сейсмічною службою.

Люди, що перебувають у момент землетрусу усередині будинків, травмуються, переважно уламками будівельних конструкцій. Імовірність загальних і безповоротних (летальних) втрат залежно від ступеня ушкодження будинків подано в таблиці 6.

Таблиця 6. Імовірність загальних () і незворотних ()

Втрати	Ступінь ушкодження будинків
	0,00	0,00	0,05	0,50	0,95
	0,00	0,00	0,01	0,17	0,65

Оскільки ймовірність отримання будинками ушкоджень різного ступеня (див. таблицю 5) і ймовірність втрат населення (табл. 6) є величинами випадковими, то їх слід оцінювати за формулами:

Загальні втрати населення:

Безповоротні втрати:

Санітарні втрати:

,

де ймовірність отримання будинком ушкоджень відповідного ступеня (таблиця 5).

За своєю фізичною сутністю величини представляють відносні втрати населення в будинках, які розраховуються як відношення абсолютних втрат до загальної чисельності :

.

Тоді абсолютні втрати населення в будинках при землетрусі можна визначити за формулою:

,

де індекс i визначає вид втрат (загальні, безповоротні або санітарні).

Завдання. На підставі вихідних даних оцінити наслідки впливу землетрусу для будинку та людей, що знаходяться в ньому, у такому порядку:

1) магнітуду землетрусу;

2) реальну інтенсивність землетрусу в районі розташування будинку;

3) час настання першої та другої фази землетрусу;

4) імовірність та ступінь руйнування будинку;

5) імовірність, види та кількість втрат людей.

Поиск по сайту: