Причины и последствия землетрясений
Прогнозирование и оценка обстановки при землетрясениях. Классификация зданий и сооружений по сейсмостойкости. Меры, предпринимаемые для снижения потерь и ущерба от подземных толчков. Рекомендации по правилам безопасного поведения во время трясения земли.
| Рубрика | Безопасность жизнедеятельности и охрана труда |
| Вид | методичка |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.06.2015 |
| Размер файла | 180,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева»
Кафедра углехимии, пластмасс и инженерной защиты окружающей среды
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
Методические указания к практической работе
по дисциплинам «Ноксология», «Безопасность жизнедеятельности» для студентов направления 280700 «Техносферная безопасность» профиль подготовки 280705 «Инженерная защита окружающей среды», студентов всех специальностей направления подготовки 240100 «Химическая технология»
Составители:
Трясунов Б.Г.
Кемерово 2015
1. Прогнозирование и оценка обстановки при землетрясениях
Землетрясение - это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии Земли и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний.
Землетрясения страшны своей неожиданностью. Сейсмические волны, возникшие в земных глубинах в результате разрыва горных пород, достигают земной поверхности через несколько секунд, что и вызывает при сильных землетрясениях разрушение зданий, ведет к гибели людей. Ущерб от землетрясений, по оценкам ЮНЕСКО, исчисляется миллиардами долларов, а потери людей - десятками и сотнями тысяч.
Важный вклад в количество спасенных людей несут предельно сжатые сроки выполнения спасательных работ, так как через сутки после землетрясения 40% числа пострадавших, получивших тяжелые травматические повреждения относятся к безвозвратным потерям, через 3 суток - 60%, а через 6 суток - 95%. Даже при массовых разрушениях спасательные работы необходимо завершить в течение 5 суток.
Около 20% территории России находится в сейсмоопасных зонах. В XX веке здесь произошло более 40 разрушительных землетрясений. (См. также приложение В).
Землетрясения возникают тогда, когда напряжение в глубинах земной коры возрастает до степени, вызывающей ее разрыв. Эти явления происходят в районах, известных в качестве зон сейсмической активности, имеющих такие географические особенности, как океанические подводные горные гряды, горные цепи, вулканы, океанические хребты, тектонические разломы.
Внезапный разрыв высвобождает потенциальную энергию деформации, которая распространяется от очага землетрясения в форме трех типичных основных волн (с различными скоростями):
- продольных объемных волн, вызывающих сжатие и расширение породы в направлении распространения волн;
- поперечных волн, вызывающих сдвиг породы в направлении, перпендикулярном к направлению распространения волн;
- поверхностных волн, являющихся комбинацией двух предыдущих и приводящих к возникновению сейсмических воздействий на поверхности Земли.
Примечание. Если эпицентр землетрясения находится на дне крупного водного пространства (моря, океана), то энергия деформации может вызвать появление новых мощных водяных волн высотой до нескольких метров, распространяющихся по поверхности водного пространства с большой скоростью; при подходе к берегу такая волна образует огромную стену прибоя большой разрушительной силы (цунами).
В недрах земли постоянно происходят сложные процессы накопления энергии, высвобождение которой и вызывает сейсмический толчок. Момент высвобождения этой энергии связывают с миграцией тектонических плит, на которые разбита земная кора.
На границах между плитами могут происходить три явления: плиты могут раздвигаться, сдвигаться или скользить одна относительно другой.
В месте столкновения двух плит происходит деформация земной поверхности с выделением накопленной энергии. Землетрясения подобного типа называются тектоническими. Иногда случаются землетрясения во внутренних частях плит, так называемые внутриплитовые землетрясения. Они возникают из-за развития деформации (накопления энергии) в плитах, вызванных давлением на их краях.
Землетрясения могут возникать и по другим причинам. Одной из таких причин являются вулканы. В местах, где раздвигаются плиты, за счет тепловой конвекции возникают восходящие потоки, извергающие лаву. Данный процесс сопровождается выделением энергии и порождает вулканические землетрясения. По сравнении с тектоническими и внутриплитовыми землетрясениями сейсмические толчки, вызванные вулканической деятельностью, представляют собой гораздо более скромное природное явление, так как большая часть энергии разряжается в атмосферу и, кроме того, слабые вулканические породы разрушаются раньше, чем в них успевают накопиться значительные запасы энергии.
Другую категорию образуют обвальные землетрясения, когда обрушения кровли шахты или подземных пустот вызывают образование упругих волн. Эти волны могут регистрироваться сейсмографами и даже восприниматься как слабые землетрясения. К обвальным землетрясениям относятся также землетрясения, возникающие при развитии крупных оползней.
Землетрясения могут также вызываться и инженерной деятельностью человека. Известно, что в некоторых районах мира землетрясения могут быть вызваны заполнением больших водохранилищ или закачкой воды в скважины. Землетрясения в этом случае, как правило, слабые и происходят в непосредственной близости от скважин или водохранилища. Наиболее вероятной причиной этих землетрясений является возрастание порогового давления в породах, вызванного нагнетанием воды.
Наиболее сильны и опасны тектонические и внутриплитовые землетрясения. Если одно землетрясение произошло, то вероятность того, что в том же районе вскоре произойдет еще одно, возрастает. Иначе говоря, сильные землетрясения чаше всего влекут за собой повторные толчки - афтершоки.
Наиболее часто землетрясения возникают в определенных зонах. Зона землетрясений, окружающая Тихий океан, называется Тихоокеанским поясом: здесь происходит около 90% всех землетрясений земного шара. Другой район, около 5-6% всех землетрясений - это Альпийский пояс, протянувшийся от Средиземноморья на Восток через Турцию, Иран и Северную Индию. Остальные 4-5% землетрясений происходят вдоль срединно-океанических хребтов.
Опасные последствия землетрясений разделяют на природные и связанные с деятельностью человека. К природным относятся: сотрясение грунта, нарушение грунта (трещины и смещения), оползни, лавины, сели, разжижение грунта, оседания, цунами, сейши (стоячие волны, возникающие в замкнутых или частично замкнутых водоемах). Связанные с деятельностью человека - разрушение или обрушение зданий, мостов и других сооружений; наводнения при прорывах плотин и водопроводов; пожары при повреждениях нефтехранилищ и разрывах газопроводов; повреждение транспортных средств, коммуникаций, линий энерго- и водоснабжения, а также канализационных труб; радиоактивные утечки при повреждениях ядерных реакторов.
Количество человеческих жертв при землетрясениях зависит от ряда факторов. К числу таких факторов относятся: время начала землетрясения, магнитуда, глубина очага, удаление от населенных пунктов, тип построек и их качество, наличие в зоне землетрясения взрыво- и пожароопасных объектов, водохранилищ и плотин и т. п. Основная причина гибели людей при землетрясениях - обрушение зданий.
Основными характеристиками землетрясений являются магнитуда и интенсивность.
Энергия выделяемая при землетрясении, Дж
,
где М - магнитуда - мощность землетрясения, выражаемая максимальной амплитудой смещения почвы в мм на расстоянии 100 км, измеряется в баллах по шкала Рихтера (0-9) и равная:
.
Магнитуда землетрясения является мерой общего количества энергии, излучаемой при сейсмическом толчке в форме упругих волн, в гипоцентре землетрясения, расположенном в очаге землетрясения на глубине до 730 км. Проекция гипоцентра на поверхность земли определяет эпицентр землетрясения, вокруг которого располагается область, называемая эпицентральной и испытывающая наибольшие колебания грунта.
Магнитуда - объективная мера величины землетрясения. Чем сильнее амплитуда сейсмической волны, тем больше магнитуда землетрясения.
Интенсивность землетрясения (энергия на поверхности земли) определяется величиной колебания грунта на поверхности земли. Интенсивность в разных пунктах наблюдения различна, однако, магнитуда у толчка только одна. Интенсивность землетрясения не измеряется приборами.
Таким образом, интенсивность землетрясения является величиной относительной и зависит от эпицентрального расстояния (чем ближе к очагу, тем выше интенсивность), глубины очага (меньше глубина - больше интенсивность), а также от других условий (высокое залегание грунтовых вод и рыхлых пород способствует усилению балльности).
Сила землетрясения исчисляется в баллах, причем обычно применяют либо шкалу Рихтера, использующую величину магнитуды (1 ? М ? 9), либо международную модифицированную сейсмическую шкалу MMSK-86 (или близкую к ней шкалу Меркалли), использующие величину интенсивности землетрясения (1 ? J ? 12).
Шкала Меркалли
|
Балл |
Ощущения и видимое действие |
|
|
1 |
Не ощущается людьми. |
|
|
2 |
Ощущается в спокойной обстановке на верхних этажах зданий. |
|
|
3 |
Ощущается в помещениях; кажется, будто под окнами проезжает легкий грузовик. Качаются висячие предметы. |
|
|
4 |
Кажется, будто проезжает тяжелый грузовик; звенят оконные стекла, посуда, скрепят двери. |
|
|
5 |
Ощущается на улице; просыпаются люди, выплескивается из посуды жидкость. |
|
|
6 |
Ощущается всеми; испуганные люди выбегают на улицу; трескаются штукатурка и кирпичная кладка; сдвигается и переворачивается мебель; лопаются оконные стекла. |
|
|
7 |
Трудно стоять на ногах; ощущается водителями движущихся автомобилей; осыпается штукатурка, падают кирпичи, керамическая плитка и т. д.; звенят большие колокола; на поверхности водоемов возникают волны. |
|
|
8 |
Трудно вести автомобиль; падает штукатурка, рушатся некоторые кирпичные стены, дымовые трубы, башни, памятники; обламываются ветки деревьев; в сыром грунте образуются трещины. |
|
|
9 |
Общая паника; лопаются каркасы строений и подземные трубы; образуются значительные трещины в грунте и песчаные воронки. |
|
|
10 |
Рушатся большинство кирпичей кладки, каркасных сооружений и фундаментов; серьезные повреждения плотин и насыпей; рушатся мосты; мощные оползни. |
|
|
11 |
Серьезная деформация железнодорожных путей; полностью выходят из строя подземные трубопроводы. |
|
|
12 |
Практически полное разрушение; нарушение линии горизонта; взлетают в воздух отдельные предметы. |
Согласно Рихтеру, магнитуда толчка есть логарифм выраженной в микронах максимальной амплитуды записи этого толчка, сделанной стандартным короткопериодным крутильным сейс-мографом на расстоянии 100 км от эпицентра.
Магнитуда М равна:
,
где Zm - амплитуда земных колебаний, мкм.
Сильнейшее, из когда-либо зарегистрированных землетрясений имеет магнитуду 8,9.
Землетрясения в зависимости от интенсивности колебаний грунта на поверхности земли классифицируются следующим образом: слабые (1-3 балла); умеренные (4 балла), довольно сильные (5 баллов); сильные (6 баллов); очень сильные (7 баллов); разрушительные (8 баллов); опустошительные (9 баллов); уничтожающие (10 баллов); катастрофические (11 баллов); сильно катастрофические (12 баллов).
Между магнитудой М и интенсивностью землетрясения J в баллах существует аналитическая зависимость, которая известна как формула макросейсмического поля земли.
,
где В, С, Е - региональные констант; R - расстояние от эпицентра землетрясения, км; h - глубина гипоцентра землетрясения, км; М - магнитуда землетрясения.
При отсутствии данных о глубине гипоцентра
.
Для определения расстояния от эпицентра, где возможно возникновение определенной интенсивности землетрясения в баллах, используется зависимость,
,
где J0 - максимальная интенсивность землетрясения (в эпицентре).
Значения коэффициентов В, С, Е могут быть различными для конкретных регионов. Если значения констант неизвестны, они могут быть приняты равными В = 1,5; С = 3,5; Е = 3,0.
Интенсивность землетрясения J(R) определяется по формуле
.
Магнитуда землетрясения в эпицентре
.
Реальная интенсивность (Jреал) землетрясения и степень разрушений зданий и сооружений будет зависеть от типа грунта как под застройкой, так и на остальной окружающей местности:
,
где ДJпост - приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построено здание; ДJо.м. - приращение балльности для грунта в окружающей местности (табл. 1).
При проведении расчетов по определению последствий землетрясений целесообразно пользоваться классификацией зданий, приведенной в сейсмической шкале MMSK-86. Все здания и типовые сооружения традиционной постройки подразделяются на две группы:
- здания и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий;
- здания и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями.
Таблица 1 Приращения балльности землетрясений
|
Тип грунта |
ДJпост ; ДJом |
Тип грунта |
ДJпост ; ДJом |
|
|
Гранит |
0,00 |
Песчаные |
1,60 |
|
|
Известняк и песчаники |
0,52 |
Глинистые (глина, суглинки, супеси) |
1,61 |
|
|
Полускальные грунты (гипс, мергель) |
0,92 |
Насыпные рыхлые |
2,60 |
|
|
Щебень, гравий, галька |
1,36 |
Каждой группе свойственна определенная сейсмостойкость (табл. 2).
Время прихода продольных сейсмических волн - I фаза землетрясения, t, с
,
где Vпр - средняя скорость распространения продольных волн, км/c. Для гранита Vпр =6,9; осадочных пород - 6,1; песчаника, известняков - 1,5-5,6; гипса, мергеля, глинистых сланцев - 1,4-3,6; гальки, гравия - 1,1-2,1; насыпных грунтов - 0,2-0,5; песков - 0,7-1,6; глин - 0,5-1,5.
Таблица 2 Классификация зданий и сооружений по сейсмостойкости (Jс)
|
Группа |
Характеристика здания |
Jc, баллы |
||
|
А |
А1 |
Здания со стенами из местных строительных материалов: глинобитные без каркаса; саманные или из сырцового кирпича без фундамента; выполненные из скатанного или рваного камня на глиняном растворе и без регулярной (из кирпича или камня правильной формы) кладки в углах и т. п. |
4 |
|
|
А2 |
Здания со стенами из самана или сырцового кирпича; с каменными, кирпичными или бетонными фундаментами; выполненные из рваного камня на известковом, цементном или сложном растворе с регулярной кладкой в углах; выполнение из пластового камня на известковом, цементном или сложном растворе; выполненные из кладки типа "мидис"; здания с деревянным каркасом с заполнением из самана ил и глины, с тяжелыми земляными или глиняными крышами; сплошные массивные ограды из самана или сырцового кирпича и т. п. |
4,5 |
||
|
Б |
Б1 |
Здания с деревянным каркасом с заполнением из самана или глины и легкими перекрытиями |
5 |
|
|
Б2 |
Типовые здания из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе: сплошные ограды и стенки, трансформаторные киоски, силосные и водонапорные башни |
5,5 |
||
|
В |
В1 |
Деревянные дома, рубленные "в лапу" или "в обло" |
6 |
|
|
В2 |
Типовые железобетонные, каркасные, крупнопанельные и армированные крупноблочные дома; железобетонные сооружения: силосные и водонапорные башни, маяки, подпорные стенки, бассейны и т.п. |
6,5 |
||
|
С |
С7 |
Типовые здания и сооружения всех видов (кирпичные, блочные, панельные, бетонные, деревянные, щитовые и др.) с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 7 баллов |
7 |
|
|
С8 |
То же для расчетной сейсмичности 8 баллов |
8 |
||
|
С9 |
То же для расчетной сейсмичности 9 баллов |
9 |
Примечание. При сочетании в одном здании признаков двух или трех типов здание в целом следует относить к слабейшему из них.
Время наступления главной фазы
,
где Vпов - средняя скорость распространения поверхностных волн, км/с. Для гранита Vпов = 5,6; известняка - 4,0; щебня - 1,5; песчаного грунта - 1,2; глинистого грунта - 1; насыпного грунта - 0,35.
Состояние зданий и сооружений после землетрясения оценивается степенью повреждения (табл. 3).
Таблица 3 Степени (I) разрушений зданий при землетрясениях
|
Степень |
Характеристика повреждений |
|
|
0 Отсутствие видимых повреждений |
Сотрясение здания в целом; сыплется пыль из щелей, осыпаются чешуйки побелки |
|
|
d = 1 Слабые повреждения |
Слабые повреждения материала и неконструктивных элементов здания: тонкие трещины в штукатурке; откалывание небольших кусков штукатурки; тонкие трещины в сопряжениях перекрытий со стенами и стенового заполнения с элементами каркаса, между панелями, в разделке печей и дверных коробок; тонкие трещины в перегородках, карнизах, фронтонах, трубах. Видимые повреждения конструктивных элементов отсутствуют. Для ликвидации повреждений достаточен текущий ремонт здания |
|
|
d = 2 Умеренные повреждения |
Значительные повреждения материала и неконструктивных элементов здания, падение пластов штукатурки, сквозные трещины в перегородках, глубокие трещины в карнизах и фронтонах, выпадение кирпичей из труб, падание отдельных черепиц. Слабые повреждения несущих конструкций: тонкие трещины в несущих стенах, незначительные деформации и небольшие отколы бетона или раствора в узлах каркаса и в стыках панелей. Для ликвидации повреждений необходим капитальный ремонт здания |
|
|
d = 3 Тяжелые повреждения |
Разрушения неконструктивных элементов здания: обвалы частей перегородок, карнизов, фронтонов, дымовых труб. Значительные повреждения несущих конструкций: сквозные трещины в несущих стенах, значительные деформации каркаса, заметные сдвиги панелей, выкрашивание бетона в узлах каркаса. Возможен восстановительный ремонт здания |
|
|
d = 4 Частичное разрушение |
Частичные разрушения несущих конструкций: проломы и вывалы в несущих стенах; разрывы стыков и узлов каркаса; нарушение связей между частями здания; обрушение отдельных панелей перекрытия; обрушение крупных частей здания |
|
|
d = 5 Обвал |
Обрушение несущих стен и перекрытия, полное обрушение здания с потерей его формы |
Примечание. В зданиях, возведенных с антисейсмическими мероприятиями, при оценке степени повреждения учитываются только повреждения несущих элементов конструкций.
Характер разрушения зданий в значительной степени зависит от конструктивной схемы зданий.
В каркасных зданиях преимущественно разрушаются узлы каркаса, вследствие возникновения в этих местах значительных изгибающих моментов и поперечных сил. Особенно сильные повреждения получают основание стоек и узлы соединения ригелей со стойками.
В крупнопанельных и крупноблочных зданиях наиболее часто разрушаются стыковые соединения панелей и блоков между собой и с перекрытиями. При этом наблюдается взаимное смещение панелей от первоначального положения, а в некоторых случаях обрушение панелей.
Для зданий с несущими из местных материалов (сырцовый кирпич, глиносоманные блоки, туфовые блоки и др.) характерны следующие повреждения:
- появление трещин в стенах;
- обрушение торцовых стен;
- сдвиг, а иногда и обрушение перекрытий;
- обрушение отдельно стоящих стоек и особенно печей и дымовых труб.
Наиболее устойчивыми к сейсмическому воздействию являются деревянные и каркасные дома. Как правило, такие здания сохраняются и только при интенсивности 8 баллов и более наблюдается изменение геометрии здания, а в некоторых случаях обрушение крыш.
Разрушение зданий в полной мере характеризуют законы разрушения. Под законами разрушения здания понимается зависимость между вероятностью его повреждения и интенсивностью проявления землетрясения в баллах. Законы разрушения зданий получены на основе анализа статистических материалов по разрушению жилых, общественных и промышленных зданий от воздействия землетрясений разной интенсивности. Для одного и того же здания рассматривается пять степеней разрушения, т. е. после разрушения наступает одно из пяти несовместимых событий.
Значения математического ожидания интенсивности землетрясения в баллах, вызывающего не менее определенных степеней разрушения зданий, приведены в табл. 4.
Таблица 4 Математические ожидания законов разрушения зданий
|
Классы зданий по MMSK-86 |
Степени разрушения зданий |
|||||
|
Легкая d = 1 |
Умеренная d = 2 |
Тяжелая d = 3 |
Частичное разрушение d = 4 |
Обвал d = 5 |
||
|
Математические ожидания законов разрушения |
||||||
|
А1, А2 |
6,0 |
6,5 |
7,0 |
7,5 |
8,0 |
|
|
Б1, Б2 |
6,5 |
7,0 |
7,5 |
8,0 |
8,5 |
|
|
В1, В2 |
7,0 |
7,5 |
8,0 |
8,5 |
9,0 |
|
|
С7 |
7,5 |
8,0 |
8,5 |
9,0 |
9,5 |
|
|
С8 |
8,0 |
8,5 |
9,0 |
9,5 |
10,0 |
|
|
С9 |
8,5 |
9,0 |
9,5 |
10,0 |
10,5 |
Количество зданий Рj, получивших j-ю степень разрушений, определяется по формуле
, ед,
где Кi - количество зданий i-го типа в городе; Cij - вероятность получения зданием i-го типа j-ой степени разрушения, принимаемая по табл. 5; n - число типов рассматриваемых зданий (максимальное число типов n = 6 - А, Б, В, С7, С8, С9).
Таблица 5 Вероятности Cij повреждения различных типов зданий в зависимости от интенсивности землетрясения
|
Типы зданий |
Степень разрушения |
Вероятность разрушения зданий при интенсивности разрушения в баллах |
|||||||
|
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
А |
1 2 3 4 5 |
0,36 0,12 0,02 0 0 |
0,13 0,37 0,34 0,13 0,03 |
0 0,02 0,14 0,34 0,50 |
0 0 0 0,02 0,98 |
0 0 0 0 1 |
0 0 0 0 1 |
0 0 0 0 1 |
|
|
Б |
1 2 3 4 5 |
0,09 0,01 0 0 0 |
0,4 0,34 0,13 0,03 0 |
0,01 0,15 0,34 0,34 0,16 |
0 0 0,02 0,14 0,84 |
0 0 0 0 1 |
0 0 0 0 1 |
0 0 0 0 1 |
|
|
В |
1 2 3 4 5 |
0,01 0 0 0 0 |
0,36 0,11 0,03 0 0 |
0,13 0,37 0,34 0,13 0,03 |
0 0,02 0,14 0,34 0,50 |
0 0 0 0,03 0,97 |
0 0 0 0 1 |
0 0 0 0 1 |
|
|
C7 |
1 2 3 4 5 |
0 0 0 0 0 |
0,09 0,01 0 0 0 |
0,4 0,34 0,13 0,03 0 |
0,01 0,15 0,34 0,34 0,16 |
0 0 0 0,1 0,09 |
0 0 0,02 0,14 0,84 |
0 0 0 0 1 |
|
|
C8 |
1 2 3 4 5 |
0 0 0 0 0 |
0,01 0 0 0 0 |
0,36 0,1 0,02 0 0 |
0,13 0,37 0,34 0,13 0,03 |
0 0,02 0,14 0,34 0,50 |
0 0 0 0,02 0,98 |
0 0 0 0 1 |
|
|
C9 |
1 2 3 4 5 |
0 0 0 0 0 |
0 0 0 0 0 |
0,09 0,01 0 0 0 |
0,4 0,34 0,13 0,03 0 |
0,01 0,15 0,34 0,34 0,16 |
0 0 0,02 0,14 0,84 |
0 0 0 0 1 |
Площадь разрушений части города, в пределах которой застройка получила тяжелые частичные разрушения и обвалы, определяется по формуле (9)
,
где Pj - количество зданий, получивших 3, 4 и 5 степени повреждений (табл. 5); Ф - плотность застройки в городе, зд./км2.
Общий объем завалов определяется из условия, что при частичном разрушении зданий объем завалов составляет приблизительно 50% от объема завала при его полном разрушении (10):
, м3,
где С4, С5 - вероятность получения зданием 4-ой и 5-ой степени разрушения; Н - средняя высота застройки, м; d - доля застройки на рассматриваемой площади (плотность застройки); г - коэффициент объема, принимаемый для промышленных зданий равным 20, для жилых - 40.
Протяженность заваленных проездов определяется из условий, что на 1 км2 разрушенной части города в среднем находится 0,6 км заваленных маршрутов:
.
Обобщенную зависимость по определению потерь при разрушительных землетрясениях можно представить в виде:
, чел.,
где R - вероятность размещения людей в зоне риска в зданиях (в среднем R = 0,83); Ni - численность людей в зданиях i-ой группы, чел.; Ci - вероятность поражения людей в зданиях i-ой группы, определяется по табл. 6.
Таблица 6 Вероятности Ci общих и безвозвратных потерь людей в различных типах зданий (по классификации MMSK-86) при землетрясениях
|
Типы зданий |
Степень поражения людей |
Вероятность потерь людей в различных типах зданий при интенсивности землетрясения в баллах |
|||||||
|
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
А |
Общие |
0,004 |
0,14 |
0,70 |
0,96 |
0,97 |
0,97 |
0,97 |
|
|
Безвозвратные |
0 |
0,05 |
0,38 |
0,59 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
||
|
Б |
Общие |
0 |
0,03 |
0,39 |
0,90 |
0,97 |
0,97 |
0,97 |
|
|
Безвозвратные |
0 |
0,01 |
0,18 |
0,53 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
||
|
В |
Общие |
0 |
0 |
0,14 |
0,70 |
0,96 |
0,97 |
0,97 |
|
|
Безвозвратные |
0 |
0 |
0,05 |
0,38 |
0,59 |
0,6 |
0,6 |
||
|
C7 |
Общие |
0 |
0 |
0,03 |
0,39 |
0,90 |
0,97 |
0,97 |
|
|
Безвозвратные |
0 |
0 |
0,01 |
0,18 |
0,53 |
0,6 |
0,6 |
||
|
C8 |
Общие |
0 |
0 |
0,004 |
0,14 |
0,70 |
0,96 |
0,97 |
|
|
Безвозвратные |
0 |
0 |
0 |
0,05 |
0,38 |
0,59 |
0,6 |
||
|
C9 |
Общие |
0 |
0 |
0 |
0,03 |
0,39 |
0,90 |
0,97 |
|
|
Безвозвратные |
0 |
0 |
0 |
0,01 |
0,18 |
0,53 |
0,6 |
Люди, находящиеся в момент землетрясения внутри зданий, поражаются преимущественно обломками строительных конструкций. Вероятность общих (Робщ) и безвозвратных (Рбезв) потерь в зависимости от степени повреждения зданий представлена в табл. 7.
Таблица 7 Вероятность общих Робщ и безвозвратных Рбезв
|
Вероятность потерь |
Степень разрушения зданий (J) |
||||
|
0, 1, 2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
Робщ |
0 |
0,05 |
0,5 |
0,95 |
|
|
Рбезв |
0 |
0,01 |
0,17 |
0,65 |
Для группы однотипных зданий в зависимости от их сейсмостойкости Jс и реальной интенсивности землетрясения Jреал может быть найдена осредненная степень разрушения (табл. 8), которая используется для приближенной оценки потерь населения, находящегося в этих зданиях, по данным табл. 7.
Таблица 8 Зависимость осредненной степени разрушения однотипных зданий (Jср) от приведенной интенсивности (Jреал - Jс) землетрясения
|
Jреал - Jс |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Jср |
0,1 |
0,50 |
1,5 |
2,5 |
3,5 |
4,5 |
4,9 |
Так как степени разрушения зданий тоже являются случайными величинами (табл. 9), поэтому более точно потери населения с учетом данных табл. 7 следует оценивать по их математическим ожиданиям. Для этого сначала вычисляются вероятности людских потерь различных видов (структура потерь) по формулам (13-15)
- вероятность общих потерь населения
;
- вероятность безвозвратных потерь населения
;
- вероятность санитарных потерь населения
,
где - вероятность получения зданиями степеней поражения от 3 до 5 (табл. 7).
Далее, учитывая, что по своей физической сущности величины Pобщ, Pбезв, и Pсан представляют собой относительные потери населения, под которыми понимают отношение численности пострадавшего населения (по видам поражения) в зданиях к его обшей численности в них, то абсолютные потери населения в зданиях при землетрясении определяются по формулам (16-18)
Nобщ = РобщNз;
Nбезв = РбезвNз;
Nсан = Nобщ - Nбезв;
где Нобщ, Нбезв, Nсан - абсолютные общие, безвозвратные и санитарные потери; N3 - численность населения, находящегося в зданиях.
Меры, предпринимаемые для снижения потерь и ущерба от землетрясений. Рекомендации по правилам безопасного поведения во время землетрясения
Наиболее разрушительные землетрясения за последние годы.
26 апреля 1966 - Ташкент, Узбекcкая ССР, СССР, Ташкентское землетрясение - (5,3 по Рихтеру) сильно разрушен город, 8 человек погибло.
31 мая 1970 - Перуанская республика 63000 человек погибло, 600000 человек остались без крова.
4 февраля 1976 - Гватемала более 20000 человек погибло, более 1 млн. человек остались без крова.
28 июля 1976 - Таншань, Северо-восточный Китай, Таншаньское землетрясение (8,2 по Рихтеру) - более 655000 человек погибло.
1981 - Сицилия. Разрушения во многих населенных пунктах, начал извергаться вулкан Этна.
18 сентября 1985 - Мехико, Мексика сила 8,2 магнитуд по Рихтеру - более 7500 человек погибло.
7 декабря 1988 - Спитакское землетрясение: Армянская ССР, СССР - разрушены города Спитак, Ленинакан и множество посёлков, 40000-45000 человек погибло. Столько же получило увечья.
28 мая 1995 - Нефтегорск, Северо-восточный Сахалин (магнитуда - 7,5) 1841 человек погиб.
17 августа 1999 - Измитское землетрясение: Турция, (магнитуда - 7,6) погибло 17217 человек, 43959 было ранено, около 500000 осталось без крова.
26 декабря 2004 - землетрясение в Индийском океане, от последовавшего цунами погибло 225-250 тысяч человек.
12 мая 2008 - Сычуаньское землетрясение - землетрясение в центральном Китае, погибло около 70000 человек.
12 января 2010 - землетрясение на Гаити, (магнитуда - 7,0) количество погибших 220 тыс. человек, 300 тыс. получили ранения, 1,1 млн. лишились жилья.
27 февраля 2010 - Сантьяго, Республика Чили (магнитуда -8,8) минимум 799 человек погибло, более 1,5 млн. домов повреждено землетрясением и цунами.
Последствия землетрясений сказываются как на природе и населенных пунктах, так и непосредственно на человеке. Последствия для природы:
- сотрясения почвы, трещины в почве, провалы Земной поверхности;
- активизация деятельности вулканов;
- возникновение обвалов, оползней, лавин, селей;
- возникновение цунами;
- выходы подземных газов;
- изменение русел рек.
Последствия для городов и населенных пунктов:
- разрушение зданий, сооружений и коммуникаций;
- возникновение пожаров и взрывов;
- аварии на предприятиях и транспорте;
- нарушение инфраструктуры;
- заражение местности;
- нарушение порядка снабжения населения;
- эпидемии и эпизоотии.
Последствия землетрясений для человека:
- травмы и увечья людей;
- гибель людей;
- психические потрясения;
- материальный ущерб.
Для снижения потерь и ущерба от землетрясений предпринимаются:
- заблаговременные мероприятия:
- создание сети сейсмического наблюдения и прогнозирования землетрясений;
- паспортизация сооружений с целью выявления их сейсмостойкости;
- повышение сейсмостойкости зданий и сооружений;
- разборка недостаточно сейсмостойких строений и конструкций;
- рациональное размещение объектов в сейсмоопасных зонах;
- страхование населения и имущества;
- развитие спасательных структур;
- обучение населения.
- оперативные мероприятия:
- оповещение населения;
- организация спасательных работ;
- эвакуация населения в безопасные районы, снабжение населения всем необходимым.
В 55% случаев потери при землетрясениях связаны с неправильным поведением. Необходимо помнить, что во время землетрясения безопаснее находиться на открытом месте, вдали от зданий и линий электропередач. В зданиях самые безопасные места под капитальными несущими стенами или в углах, образуемых этими стенами, в проемах входных дверей. Опасные места - лестничные проемы, лифты, наружные стены, застекленные окна и витрины. В соответствии с этим при первых форшоках необходимо:
- если вы живете не выше второго этажа, вдоль стены лестничной площадки выйти из дома на открытое место;
- если вы живете выше второго этажа - займите заранее определенное безопасное место;
- нельзя зажигать огонь, пользоваться электричеством;
- если вы находились на улице в машине - остановитесь на безопасном удалении от зданий и не выходите из машины.
После окончания землетрясения:
- если вы находились в доме - покиньте его, соблюдая меры предосторожности;
- осмотрите себя и окружающих, при необходимости окажите помощь;
- освободите попавших в легкие завалы;
- успокойте окружающих;
- быть готовым к новым толчкам;
- действовать согласно рекомендациям службы по чрезвычайным ситуациям.
Контрольные вопросы
1. Последствия землетрясений для окружающей среды.
2. Последствия землетрясений для населенных пунктов.
3. Мероприятия, направленные на снижение ущерба от землетрясений.
4. Правила безопасного поведения при землетрясении.
5. Дайте основные показатели прогнозирований оценки последствий землетрясений. землетрясение сейсмостойкость ущерб подземный
6. Назовите типы землетрясений.
7. Основные характеристики землетрясений.
8. Как рассчитать магнетуду землетрясений.
9. Классификация землетрясений.
10. Отчего зависит реальная интенсивность (Jреал).
11. Что понимается под законами разрушения здания.
Контрольное задание 1 (пример)
2. Оценка последствий землетрясения в районе размещения объекта экономики
Условия задания
Оценить методом прогноза последствия землетрясения в районе размещения объекта экономики для условий, приведенных в таблице вариантов исходных данных:
1) количество зданий и сооружений, получивших повреждения по различным категориям с качественным описанием повреждений и указанием требуемого вида ремонта;
2) общие, санитарные и безвозвратные потери людей, находившихся в зданиях в момент землетрясения;
3) состояние систем жизнеобеспечения на момент окончания землетрясения и после восстановительных работ по истечении суток.
Проведение расчетов
Исходные данные
Интенсивность землетрясения J = 7 баллов;
Тип грунта - гранит;
Тип зданий - А1;
Количество зданий - 400;
Количество людей в здании - 150.
Рассчитаем реальную интенсивность землетрясения по формуле
Jреал = J - (ДJпост - ДJом),
где ДJпост - ДJом - разность приращения балльности землетрясений для грунта, на котором построено здание и для грунта окружающей местности, ее значение берем из табл. 1. Так как грунт, на котором построены эти здания, и грунт окружающей местности одинаков, то приращение балльности ДJпост и ДJом (табл. 1) одинаково.
ДJпост - ДJом = 0,00 баллов.
Тогда Jреал = 7 баллов - 0 баллов = 7 баллов.
Найдем сейсмостойкость здания. По табл. 2 имеем, что к типу зданий А1 относятся бескаркасные здания из местного материала без фундамента, для которых сейсмостойкость составляет Jc = 4 балла.
По найденным значениям реальной интенсивности землетрясения Jреал и сейсмостойкости здания Jc рассчитаем вероятность получения им повреждений различной степени (табл. 9), а по табл. 3 определим качественную картину повреждений зданий и вид требуемого ремонта.
Для Jреал - Jс = 7 - 4 = 3 балла имеем = 0,0; = 0,1; = 0,3; = 0,5; = 0,1, где - значения вероятностей получения зданием повреждений 0-4 степени соответственно.
Таблица 9 Вероятность степени повреждения зданий Рз
|
Jреал - Jc |
Степень повреждения |
||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
0 |
0,9 |
0,1 |
- |
- |
- |
- |
|
|
1 |
0,4 |
0,5 |
0,1 |
- |
- |
- |
|
|
2 |
0,1 |
0,3 |
0,5 |
0,1 |
- |
- |
|
|
3 |
0,0 |
0,1 |
0,3 |
0,5 |
0,1 |
- |
|
|
4 |
0,0 |
0,0 |
0,1 |
0,3 |
0,5 |
0,1 |
|
|
5 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,1 |
0,3 |
0,6 |
|
|
6 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,1 |
0,9 |
По табл. 3.
Для 1-й степени (легкие повреждения) характерны трещины в штукатурке, между панелями, откалывания небольших кусков штукатурки. Такие повреждения устраняются путем текущего ремонта. Вероятность получения зданием таких повреждений = 0,1.
Для 2-й степени (умеренные повреждения) характерны значительные разрушения ограждающих конструкций, откалывание больших кусков штукатурки, сквозные трещины в перегородках, слабые повреждения несущих стен. Такие повреждения устраняются путем капитального ремонта. Вероятность получения зданием таких повреждений = 0,3.
Для 3-й степени (тяжелые повреждения) характерны частичное разрушение несущих конструкций, обрушение дымовых труб, значительная деформация каркасов. Такие повреждения устраняются путем восстановительного ремонта. Вероятность получения зданием таких повреждений = 0,5.
Для 4-й степени (разрушительные) характерны частичное разрушение несущих конструкций, нарушение связей между частями здания, обрушение крупных частей здания. Здание не восстанавливается и подлежит сносу. Вероятность получения зданием таких повреждений = 0,1.
Произведем расчет количества зданий, поврежденных по различным степеням используя формулу
,
где - количество зданий, поврежденных по i-ой степени; Pi - вероятность получения зданием повреждения i-ой степени; Nз - количество зданий.
Примем для определенности, что землетрясение произошло ночью, когда 94% населения (табл. П.1) находится в жилых домах, и в бескаркасных зданиях из местных материалов проживает 20% жителей населенного пункта (Nз= 0,94•0,2•400 ? 76 человек).
= 0,0•76 = 0;
= 0,1•76 ? 8;
= 0,3•76 ? 23;
= 0,5•76 = 38;
= 0,1•76 ? 8.
Определим вероятность общих Робщ, безвозвратных Рбезв и санитарных Рсан потерь людей (%), находящихся внутри зданий в момент землетрясения, используя формулы (13-15)
Робщ = 0,05• + 0,5• + 0,95•;
Рбезв = 0,01• + 0,17• + 0,65•,
где , , - значения вероятностей получения зданием повреждений 3, 4 и 5 степени соответственно.
Робщ = 0,05•0,5 + 0,5•0,1 + 0,95•0 = 0,075 (7,5%),
Рбезв = 0,01•0,5 + 0,17•0,1 = 0,022 (2,2%).
Рсан = Робщ - Рбезв = 0,075 - 0,022 = 0,053 (5,3%).
По значению реальной интенсивности землетрясения из табл. 10 находим устойчивость систем обеспечения населения.
Таблица 10 Устойчивость систем жизнеобеспечения (в процентах)
|
Система |
Интенсивность землетрясения, Jреал, баллы |
|||||
|
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
Водоснабжение |
80/90 |
53/80 |
48/53 |
36/48 |
24/36 |
|
|
Электроснабжение |
85/95 |
75/85 |
60/75 |
43/60 |
32/43 |
|
|
Газоснабжение |
90/95 |
85/90 |
77/85 |
62/77 |
50/62 |
|
|
Теплоснабжение |
85/90 |
77/85 |
50/77 |
28/50 |
15/28 |
|
|
Транспорт |
90/95 |
85/90 |
68/85 |
55/68 |
20/55 |
|
|
Канализация |
100/100 |
90/100 |
82/90 |
55/68 |
45/60 |
|
|
Связь |
100/100 |
90/100 |
82/90 |
55/82 |
30/55 |
Примечание - В числителе - процент систем, способных функционировать немедленно, знаменателе - после восстановительных работ в течение суток.
В нашем случае Jреал = 7 баллов. Тогда:
- водоснабжение - 53/80, что означает: 53% систем водоснабжения способны функционировать немедленно, а 80% - после восстановительных работ в течение суток;
- электроснабжение - 75/85;
- газоснабжение - 85/90;
- теплоснабжение - 77/85;
- транспорт - 85/90канализация - 90/100;
– связь - 90/100.
Варианты задания № 1
|
№ |
Интенсивность землетрясения, J, баллы |
Тип грунта |
Тип зданий |
Количество зданий |
Количество людей в зданиях |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
1. |
10 |
гранит |
А1 |
100 |
100 |
|
|
2. |
9 |
известняк |
А2 |
200 |
150 |
|
|
3. |
8 |
щебень, гравий |
Б1 |
300 |
200 |
|
|
4. |
7 |
полускальный |
Б2 |
400 |
250 |
|
|
5. |
6 |
песчаный |
В1 |
500 |
300 |
|
|
6. |
10 |
глинистый |
В2 |
500 |
150 |
|
|
7. |
9 |
гранит |
Б2 |
400 |
200 |
|
|
8. |
8 |
известняк |
Б1 |
300 |
250 |
|
|
9. |
7 |
щебень, гравий |
А2 |
200 |
300 |
|
|
10. |
6 |
полускальный |
А1 |
100 |
100 |
|
|
11. |
10 |
песчаный |
В2 |
400 |
200 |
|
|
12. |
9 |
глинистый |
Б2 |
300 |
250 |
|
|
13. |
8 |
гранит |
Б1 |
200 |
300 |
|
|
14. |
7 |
известняк |
А2 |
100 |
100 |
|
|
15. |
6 |
щебень, гравий |
А1 |
500 |
150 |
|
|
16. |
10 |
полускальный |
Б2 |
300 |
250 |
|
|
17. |
9 |
песчаный |
Б1 |
200 |
300 |
|
|
18. |
8 |
глинистый |
А2 |
100 |
100 |
|
|
19. |
7 |
гранит |
А1 |
400 |
150 |
|
|
20. |
6 |
известняк |
Б2 |
500 |
200 |
|
|
21. |
10 |
щебень, гравий |
Б1 |
200 |
300 |
|
|
22. |
9 |
полускальный |
А2 |
100 |
100 |
|
|
23. |
8 |
песчаный |
А1 |
400 |
150 |
|
|
24. |
7 |
глинистый |
В2 |
500 |
200 |
|
|
25. |
6 |
гранит |
Б1 |
300 |
250 |
Контрольное задание 2 (пример)
Задание
Оценить обстановку и степень разрушения малоэтажных (до 4 этажей) зданий на расстоянии 50 км от эпицентра землетрясения в 6 баллов. Глубина гипоцентра h = 30 км. Дома построены на насыпном грунте, остальной грунт песчаный. Использовать табл. 3, 10, П.1, П.2, приложение Б.
Решение
1. Магнитуда землетрясения в эпицентре
= 5,5 баллов.
2. Интенсивность землетрясения на расстоянии R = 50 км
= 5,0 баллов.
3. Реальная интенсивность в районе расположения поселка
= 6,0 баллов.
4. Время наступления I фазы землетрясения (толчки)
= 10 с.
5. Время наступления главной фазы
= 4,5 + 46 = 50,5 с.
Варианты задания 2
Найти: 1. Тип землетрясения. 2. Интенсивность землетрясения. 3. Длительность землетрясения. 4. Оценить последствия землетрясения.
|
№ |
J, балл |
Н, км |
Тип грунта под сооружением |
Тип грунта вне сооружения |
R, км |
Тип зданий |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
1. |
5 |
20 |
насыпной |
песок |
30 |
цех |
|
