» » Землетрясения

Землетрясения

Землетрясения значительно осложняют строительство, вызывая необходимость применения специальных антисейсмических конструкций зданий и сооружений. В пределах территории России выделяется несколько районов высокой интенсивности землетрясений:
а) пограничная область между азиатским материком и Тихоокеанской впадиной (сейсмические районы Камчатки, Курильских и Японских островов);
б) пояс альпийских горно-складчатых районов (Карпаты, Крым, Кавказ, Памир);
в) некоторые пограничные участки между платформенными и горно-складчатьши районами, в настоящее время испытывающие интенсивные тектонические движения (районы Тянь-Шаня и Прибайкалья).
Установлено, что интенсивность землетрясений (u), измеряемая количеством выделяющейся при сейсмическом толчке энергии, находится в прямой зависимости от степени контрастности современных тектонических движений, т. е. от различий скоростей вертикальных движений (поднятий и опусканий) земной коры в соседних участках. Особенно разрушительны землетрясения на границах крупных сегментов или блоков земной коры с противоположно направленными движениями. К землетрясениям такого характера относится, например, Ашхабадское (1948 г.), которое возникло в зоне контакта подымающихся горных сооружений Копет-Дага и опускающейся с севера депрессии.
Наблюдения показали, что самые слабые землетрясения, улавливаемые сейсмографами стандартного типа, излучают энергию около 10в5 Дж, а самые сильные из известных катастрофических землетрясений — до 10в20 Дж. При таком большом диапазоне представляется удобным пользоваться не абсолютной величиной выделяющейся энергии, а ее логарифмом. Энергетический уровень самого слабого землетрясения (10в5 Дж) принимается за ноль, а примерно в 100 раз более сильному землетрясению соответствует единица, еще более сильному (в 10000 раз большему по энергии, чем нулевое) соответствуют две единицы шкалы интенсивности землетрясений и т. д. Числа 1, 2, 3, ..., 7 в такой шкале интенсивности землетрясений называются магнитудой. Она определяет количество упругой энергии колебания, выделяемой во все стороны очагом землетрясения.
Сейсмические толчки действуют почти мгновенно. Длительность толчков во времени обычно колеблется от доли секунды до 10 с, реже более. Действие сейсмических толчков на сооружения и их элементы также мгновенно.
Сила сотрясения или проявления землетрясения на земной поверхности чаще всего определяется по визуальной сейсмической шкале в баллах. Разрушительные землетрясения начинаются с 7-го балла этой шкалы (табл. 38).


Для количественного определения силового воздействия землетрясений на здания и сооружения иногда пользуются коэффициентом сейсмичности, или коэффициентом сотрясения К, численно равным отношению ускорения колебательных движений частиц горных пород и почв а, приобретаемого ими в процессе землетрясения, к ускорению силы тяжести g. Под ускорением в данном случае понимается величина а, определяемая по формуле

где Q — амплитуда колебаний; T — период колебаний.
Значения Q и T получают по инструментальным записям землетрясений — сейсмограммам. Коэффициент сотрясения может быть вычислен отдельно для горизонтальной и вертикальной составляющих сейсмической волны. Наиболее опасным является ускорение по горизонтальной составляющей, поэтому в расчетах сооружений обычно учитывают коэффициент сотрясения для этой составляющей.
Разрушительная сила землетрясения зависит не только от ускорения, но также от соотношения между периодом колебания почво-грунтов и собственным колебанием зданий и сооружений. Поэтому было предложено (С.В. Медведев) определять силу землетрясений с помощью прибора-сейсмометра, существенной частью которого является упругий сферический маятник с периодом затухания колебаний T = 0,25 с, таким же примерно, как у зданий обычного типа. Тогда сила землетрясения будет соответствовать относительному смещению но этого маятника под воздействием колебаний почво-грунтов, на которых воздвигнуто сооружение.
На территории России выделяются следующие сейсмические зоны: Прикарпатская, Крым, Кавказ, Копет-Дагская, Средняя Азия, Алтай, Прибайкалье, Верхоянская зона, Дальний Восток.
Сейсмическое районирование дает возможность определить сейсмическую балльность для отдельных областей и зон. Ho в пределах зоны одинаковой балльности разрушительная сила землетрясения проявляется с различной интенсивностью в зависимости от местных условий — сейсмических характеристик пород покровной толщи, глубины залегания грунтовых вод и особенностей строения поверхности.
Основными сейсмическими характеристиками горных пород, по С.В. Медведеву, являются скорость распространения продольной сейсмической волны v и сейсмическая жесткость, представляющая собой произведение скорости распространения продольных сейсмических волн на величину плотности (массы в единице объема) породы, В табл. 39 даны приращения сейсмической балльности горных пород в зависимости от скорости распространения продольных сейсмических волн v.
Увеличение сейсмической балльности в зависимости от глубины залегания грунтовых вод в толщах супесей, суглинков и мелкозернистых песков характеризуется следующими данными:

Как видно, при глубине залегания грунтовых вод свыше 10 м влияние их на балльность землетрясения не сказывается.
Перечень неблагоприятных и благоприятных местных условий, в той или иной мере влияющих на сейсмическую стойкость сооружений и разрушительную силу землетрясений, приведен в табл. 40.
Здания и сооружения, воздвигнутые на несцементированных рыхлых породах, подвержены значительно большей опасности разрушения, чем те же сооружения и здания, основанные на прочных твердых горных породах. По исследованиям С.В. Пучкова (1956 г.), предельная сила разрушительного землетрясения на твердых коренных породах не превышает 7—8 баллов. При переходе сейсмической волны из коренных пород в рыхлые покровные образования возможно увеличение силы землетрясения на 1—4 балла. Опыт строительства показывает, что при сейсмичности до 9 баллов на рыхлых, неустойчивых породах нельзя возводить насыпи выше 15 м и делать выемки глубже 12 м, а при сейсмичности до 7 и 8 баллов — соответственно выше 20 м и глубже 15 м. Мокрые породы в основаниях насыпей и откосов подлежат осушению на глубину не менее 2 м ниже отметки их подошвы. Иначе рыхлые раздельнозернистые породы в результате землетрясения могут перейти в текучее состояние.


Условие равновесия откоса раздельнозернистых пород, по В.О. Цшохеру, можно выразить в следующем виде:

где в0 — предельный угол устойчивого откоса;
К — коэффициент сотрясения;
ф — угол внутреннего трения породы.
Величина зависит, однако, не только от коэффициента сотрясения, но также и от величины угла выхода луча сейсмической волны v. C учетом влияния этого угла выражение (III.1) принимает вид

При землетрясениях наблюдаются тиксотропные процессы, л также явления сухого «оплывания» пород вследствие нарушения контактов между частицами за счет вибрации. К необратимым изменениям относятся явления уплотнения рыхлосложенных пород, разрыхления связных пород, образования трещин и др.
В задачи инженерно-геологических исследований в сейсмических районах прежде всего входит сбор сведений и изучение материалов о разрушительной силе землетрясений и динамических параметрах очагов землетрясений. Динамическими характеристиками земле трясений являются: глубина расположения очага землетрясения, расстояние их эпицентра от данной местности, положение очагов в тектонической структуре района и направление движения блоков земной коры по тектоническим разрывам.
Микросейсмические условия территории строительства оцениваются с учетом влияния следующих основных факторов:
1) мощности и сейсмичности жесткости пород толщи поверхностного покрова;
2) петрографического состава, тектонических условий залегания и сейсмической жесткости пород коренной основы;
3) наличия тектонических нарушений, в особенности «живых» дизъюнктивов в районе строительства и в непосредственной близости от него;
4) контрастности и активности современных тектонических движений;
5) глубины залегания зеркала грунтовых вод и обводненности пород;
6) крутизны и устойчивости склонов, косогоров и условий возникновения на них оползней, обвалов и некоторых других деформаций.
Выяснение и картирование перечисленных элементов инженерно-геологической обстановки входит в основную задачу инженерно-геологических исследований. Результаты последних представляются в виде специальных карт сейсмических условий масштаба 1 : 100 000—1 : 5000.
Предсказание землетрясений является одной из самых сложных задач, пока не решенной удовлетворительно. Принципиально возможны следующие пути решения данной задачи:
1) путем стационарных наблюдений за развитием деформаций земной коры. В периоды, непосредственно предшествующие землетрясениям, наблюдаются резкие и частые изменения в направлении и скорости наклонов земной поверхности — так называемые бури наклонов. Поэтому с помощью высокочувствительных приборов — наклономеров иногда удается предсказать землетрясение;
2) путем стационарных наблюдений за развитием напряжений в земной коре. В период, предшествующий землетрясению, происходит концентрация и наращивание напряжений. Следствием этого являются некоторые; изменения упругих характеристик горных пород и изменение скорости прохождения упругих волн через их толщи. Поэтому с помощью сейсмометрических методов представляется возможным установить процесс накопления упругой энергии деформирования и предсказать опасность сейсмической разрядки этой энергии;
3) путем наблюдений упругих колебаний различного характера, в том числе и звуковых, развивающихся перед землетрясением;
4) путем наблюдений за магнитными возмущениями, иногда предшествующими сейсмическим толчкам, а также за появлением электрических токов, которые возбуждаются в земной коре под воздействием нарастающих напряжений и деформаций (пьезоэлектрический эффект).
Краткосрочные прогнозы землетрясений в условиях производства горных работ можно сделать по систематическому повышению горного давления, усилению явлений отскакивания кусков горных пород и угля от забоя и некоторым другим явлениям, сопровождающимся нередко звуковыми эффектами (треском, нарастающим гулом и т. д.).

title-icon Подобные новости