Визначення характеристик небезпечних геологічних процесів

Землетруси – це підземні удари та коливання поверхні Землі, спричинені природними причинами. Область виникнення підземного удару – осередок землетрусу – представляє деякий об'єм у товщі Землі, в 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 й поперечні.

Поздовжні хвилі - це перенесення стиснення та розтягнення в напрямку поширення, поперечні - коливання частинок, що відбуваються перпендикулярно напрямку поширення хвилі. Швидкість поздовжніх хвиль більше поперечних. У результаті заломлення та відбивання в неоднорідному середовищі поблизу поверхонь розділу виникають поверхневі хвилі, які поширюються поверхнею Землі в усі боки від епіцентру – сейсмічні хвилі.

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 Z_m (мкм) поверхневої хвилі та відстані R (км), до епіцентру землетрусу за формулою:

M = lg Z_m – 1,32 R,

і виражається у відносних одиницях. Найдужчий землетрус має магнітуду не більше 9. Енергія, що виділяється при землетрусі визначається за співвідношенням:

Е = 10^{(5,24+1,44 М)}, Дж.

Силу землетрусу оцінюють за інтенсивністю руйнувань на поверхні Землі. Для характеристики струсів використовують різні шкали інтенсивності землетрусів ЕМS-98 (ЕС), ММ (США), SНІNDO (Японія), MSK-64 (країни СНД).

Основними оціночними параметрами землетрусу є:

- інтенсивність землетрусу на відстані R від епіцентру, І_R;

- реальна інтенсивність землетрусу, що враховує тип ґрунту під забудовою, І'_R;

- час приходу поздовжніх сейсмічних хвиль, t_І;

- час приходу поверхневих сейсмічних хвиль, t_ІІ;

- інтервал часу від початку першої фази землетрусу до початку другої (головної) фази Δ t;

- імовірність загальних, , незворотних, , та санітарних втрат, ;

- потенційні втрати населення в будинках, N _пот.

Вихідні дані для розрахунку включають:

- М – магнітуда землетрусу;

- Н – глибина гіпоцентру, км;

- R – відстань від епіцентру, км;

- N – кількість людей у будинку, чол.;

- конструкція будинку;

- тип ґрунту під будинком;

- тип ґрунту поза будинком.

Послідовність оцінки наслідків землетрусу є наступною:

1. Визначити інтенсивність землетрусу на відстані R від епіцентру І_R, бали. Для однорідного ґрунту вона визначається за формулою:

.

2. Визначити реальну інтенсивність землетрусу, що враховує тип ґрунту під забудовою І'_R, бали:

,

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 1.1. додатку 1.

3. За реальною інтенсивністю землетрусу I'_R, в балах, користуючись шкалою інтенсивності землетрусу MSK-64 (табл. 1.2 дод. 1), визначити тип землетрусу та його характеристику.

4. За конструктивними даними будинку визначити його тип та сейсмостійкість, I_с, бали, які наведені у таблиці 1.3. додатку 1.

5. Визначити ймовірність та ступінь ушкодження будинку за таблицею 1.4. додатку 1.

Ступені ушкодження будинків мають наступні характеристики:

0 – ушкодження відсутні;

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

2 – помірні ушкодження (відколювання великих шматків штукатурки, наскрізні тріщини в перегородках, слабкі ушкодження несучих стін). Необхідний капітальний ремонт.

3 – важкі ушкодження (руйнування огороджувальних конструкцій 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.

6. Визначити час приходу поздовжніх сейсмічних хвиль – І фаза землетрусу, t_І, с:

,

та час приходу поверхневих (найбільш небезпечних) сейсмічних хвиль – II фаза землетрусу, t_ІІ, с:

,

де V _повз, V _пов – середня швидкість поширення повздовжніх та поверхневих хвиль, км/с, за табл. 1.5 додатку 1.

7. Визначити інтервал часу від настання першої фази землетрусу до настання другої (головної) фази Δ t, c:

∆ t = t_ІІ – t_{І .}

8. Визначити імовірність загальних Р _заг і незворотних (летальних) Р _незв втрат людей залежно від ступеня ушкодження будинків за таблицею 1.6 додатку 1.

Оскільки ймовірність отримання будинками ушкоджень різного ступеня (див. таблицю 1.4 дод. 1) і ймовірність втрат людей (табл. 1.6 дод.1) є величинами випадковими, то їх слід оцінювати за формулами:

- імовірність загальних втрат:

- незворотних втрат:

- санітарних втрат:

,

де ймовірність отримання будинком ушкоджень відповідного ступеня (табл. 1.4 дод. 1).

9. Визначити потенційні загальні, незворотні та санітарні втрати населення в будинках N _пот за формулою:

,

де N – загальна чисельність людей у будинку, Р_і – ймовірність відповідних втрат.

10. На основі проведених розрахунків зробити висновки щодо відповідності конструкції будинку вимогам норм сейсмостійкого будівництва, визначити заходи попередження втрат та збитків від майбутнього землетрусу.