Шкалы измерения основных параметров землетрясения и их взаимосвязь, Землетрясение

Шкалы измерения основных параметров землетрясения и их взаимосвязь. Характер действия сейсмических волн землетрясения на здания, сооружения, технологическое оборудование и коммунально-энергетические сети (КЭС) Землетрясения - это подземные толчки и колебания земной поверхности, которые возникают в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии и которые передаются на большие расстояния в виде упругих колебаний. В зависимости от механизма, который изменяет состояние земной коры и приводит к возникновению подземных толчков, землетрясения подразделяются на вулканические, обвальные, искусственного характера и тектонические. Наиболее сильными и разрушительными являются тектонические землетрясения, которые происходят на границах тектонических плит, на которые разбита земная кора. Механизм возникновения подобных землетрясений показан на рис. 1. Две тектонических плиты имеют общую границу, по которой происходит скольжение одной плиты относительно другой со скоростью до нескольких сантиметров в год. В каком-то месте происходит зацепление плит и начинается накопление потенциальной энергии в этом месте. Плиты же, как большие пространственные объекты, продолжают свое движение, несколько замедленно на границе соприкосновения. В момент, когда накопленная энергия достигает предела, при котором происходит разрушение зацепления, плиты прыжком меняют свое положение, а часть энергии, которая осталась от разрушительной работы, распространяется в земной коре в виде сейсмических волн. Рис.1. Механизм возникновения тектонического землетрясения. Основные характеристики землетрясений. Сейсмическая волна, которая достигла земной поверхности, вызывает ее колебание, что и является причиной многих опасностей, связанных с землетрясениями. Если бы место накопления энергии было точечным, то сейсмическая волна распространялась бы в земной коре в виде сферы. В действительности зона зацепления имеет некую протяжность и потому высвободившаяся энергия распространяется в виде эллипсоида, как показано на рис. 2, а на поверхности земли линии одинаковой амплитуды колебаний (изосейсты) будут образовывать не концентрические круги, а эллипсы. Важной характеристикой землетрясения является глубина места, где происходит накопление энергии и потом возникает подземный удар, то есть глубина очага землетрясения (h). В разных сейсмических районах глубина очага землетрясения может колебаться от нескольких до 700 км, то есть находиться в коре, или в верхней мантии. Точка в глубине Земли, условный центр очага, называется гипоцентром землетрясения, а ее проекция на поверхность Земли - эпицентром. Ежегодно регистрируют на земном шаре сотни тысяч землетрясений, однако, большинство из них слабые и человеком не ощущаются. Мощность землетрясений оценивают по интенсивности разрушений на поверхности Земли. Одним из основных параметров, которые характеризуют силу землетрясения, является интенсивность (амплитуда) колебания почвы на поверхности Земли. Однако амплитуда колебаний характеризует интенсивность землетрясения только в конкретной точке, поскольку она меняется в зависимости от расстояния до эпицентра. Однозначной характеристикой землетрясения в целом является магнитуда как мера общего количества энергии, которая излучается при сейсмическом толчке в форме упругих волн. Однако, в отличие от интенсивности колебаний почвы, магнитуду нельзя измерять приборами, а возможно только вычислить по измеренным параметрам. h глубина очага. Рис. 2. Характеристика землетрясения. Шкалы измерения основных параметров землетрясения и их взаимосвязь. Для оценки интенсивности землетрясения на поверхности Земли в нашей стране используется международная 12-бальная шкала MSK - 64, аналогичная принятой в Европе модифицированной шкале Меркалли. По этой шкале землетрясения делятся на слабые (1-4 балла), сильные (5-7 баллов) и разрушительные (8 баллов и больше). Конкретная оценка интенсивности (силы) землетрясения (J) производится с помощью чувствительного прибора - сейсмографа, который отмечает и записывает колебание земной коры, а также определяет их силу и направление. Для оценки интенсивности землетрясения в гипоцентре в международной практике и в нашей стране используется величина, называемая магнитудой. Магнитуда является мерой энергии, которая выделяется в гипоцентре. Численно магнитуда равняется десятичному логарифму максимального смещения (𝜆 𝑚𝑎𝑥 ) земной коры (в микронах) по сейсмографу на расстоянии 100 километров от эпицентра землетрясения: Для определения магнитуды применяется 9-ти бальная шкала Рихтера. Зависимость между высвободившейся энергией и магнитудой землетрясения (М) выражается уравнениям: lg E (дж) = 5,24 + 1,44 M. Сильнейшие из когда-нибудь зарегистрированных землетрясений имели М = 8,9 баллов (в 1933 г у берегов Японии и в 1906 г в Эквадоре). По-видимому, этот предел обусловлен физическими свойствами пород, которые составляют толщу тектонических плит. Разрушительные действия землетрясения характеризуются двенадцатибальной шкалой интенсивного действия сейсмических волн (приложение Б). Разрушения принято подразделять на полные, сильные, средние и слабые. Полные разрушения - это разрушение всех элементов зданий, в том числе и подвальных помещений, поражения людей, которые находятся в них, ущерб составляет более 70 % стоимости основных производственных фондов (балансовой стоимости). Оборудование, средства механизации и техника возобновлению не подлежат. На коммунально-энергетических системах разрывы кабелей, разрушения значительных участков трубопроводов и т. п. Дальнейшее их использование не возможно. Сильные разрушения - это разрушение части стен и перекрытий этажей, их деформация, возникновение трещин в стенах, поражение значительного количества людей, которые находятся в них. Ущерб составляет от 30 до 70 % стоимости основных производственных фондов (балансовой стоимости). Возобновление зданий и сооружений возможно, но нецелесообразно, потому что практически сводится к новому строительству с использованием некоторых сохранившихся конструкций. Оборудование и механизмы большей частью испорчены и значительно деформированы. На коммунально-энергетических сетях разрывы и деформации на отдельных участках подземных сетей, деформации опор воздушных линий электропередач и связи. Возможно ограниченное использование сохранившихся зданий. Возобновление возможно после капитального строительства. Средние разрушения - это разрушение преимущественно второстепенных элементов зданий и сооружений, возникновение трещин в стенах. Подвальные помещения не разрушаются, перекрытия остаются. Люди поражаются чаще обломками конструкций. Ущерб составляет 10-30 % стоимости основных производственных фондов (балансовой стоимости зданий). Деформированы отдельные узлы оборудования и техники. На коммунально-энергетических сетях деформированы и повреждены отдельные опоры воздушных линий электропередач, имеют место разрывы и повреждения технологических трубопроводов. При средних разрушениях техника, транспорт и промышленное оборудование возобновляется мероприятиями среднего ремонта. Зданиям необходим капитальный ремонт. Слабые разрушения - это разрушение окон, дверей и перегородок. Поражение людей возможно обломками конструкций. Подвалы и нижние этажи не повреждаются. Они пригодны для использования после текущего ремонта зданий. Ущерб составляет до 10 % стоимости основных производственных фондов (балансовой стоимости зданий). На коммунально-энергетических сетях имеют место незначительные повреждения и поломки конструкционных элементов. Возобновление возможно после среднего или текущего ремонта. Степень разрушения конкретного типа здания и сооружения или оборудования от действия сейсмических волн определяется главным образом интенсивностью колебания земной коры J в баллах.