Лев Енджиевский - История аварий и катастроф

Исследования аварий привели к выводу о том, что к наиболее типичным сочетаниям основных причин аварий относятся потеря устойчивости и перегрузка независимо от того, в результате чего они произошли.

Необходимо отметить, что некоторые условности в определениях, принятых в классификации, всегда неизбежны. Отметим, что аварии, как правило, вызваны не одной причиной, а их сочетанием.

Землетрясение – подземные толчки и колебания земной поверхности, возникшие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний. Интенсивность землетрясений оценивается в сейсмических баллах или определяется величиной магнитуды.

В СССР использовалась 12-балльная сейсмическая шкала (ГОСТ 6249–52) и шкала MSK-64 – шкала Рихтера [2]. Сейсмический балл – условная единица интенсивности землетрясения на поверхности земли. Шкала Рихтера – сейсмическая шкала магнитуд, основанная на оценке энергии сейсмических волн. Соотношение между магнитудой землетрясения по шкале Рихтера и его силой в эпицентре по 12-балльной шкале зависит от глубины очага. Шкала предложена в 1935 г. американским сейсмологом Ч. Рихтером.

Распределение землетрясений территориально неравномерно. Оно определяется перемещением и взаимодействием литосферных плит.

Известны два главных сейсмических пояса: Тихоокеанский, охватывающий кольцом берега Тихого океана и выделяющий до 80 % всей сейсмической энергии, и Средиземноморский.

При землетрясениях движение грунта носит волновой характер. Волны трех типов распространяются с различными скоростями: продольные, поперечные и поверхностные. Колебания грунта в сейсмических волнах возбуждают колебания зданий и сооружений, вызывая в них инерционные силы. При недостаточной прочности (сейсмостойкости) конструкций происходят их повреждения различной степени или разрушения.

Сейсмическая опасность при землетрясениях определяется как интенсивными колебаниями грунта, так и вторичными факторами, к которым относятся: лавины, оползни, обвалы, опускание (просадка) и перекосы земной поверхности, разжижение грунта, наводнения при разрушении и прорыве плотин и защитных дамб, а также пожары.

Землетрясения могут быть вызваны естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или (иногда) искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут быть обусловлены подъемом лавы при вулканических извержениях.

Землетрясения принадлежат к самым разрушительным природным силам. Самое могучее землетрясение может быть в десятки тысяч раз мощнее атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму в 1945 г.

Сильные землетрясения носят катастрофический характер, уступая по числу жертв только тайфунам и значительно опережая извержения вулканов. Большинство землетрясений длится лишь несколько секунд, но в отдельных случаях продолжительность подземных толчков превышает минуту. К примеру, землетрясение 1906 г. в Сан-Франциско длилось всего 40 с (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Разрушения зданий под воздействием землетрясения 1906 г. в Сан-Франциско

Для облегчения понимания сложных динамических процессов, происходящих при землетрясениях, приведем данные, характеризующие количественные показатели сейсмических воздействий на здания, сооружения и систему жизнеобеспечения в городах и населенных пунктах.

Наиболее частая причина землетрясения – чрезмерные внутренние напряжения и разрушения пород. Потенциальная энергия, накопленная при упругих деформациях породы, при разрушении (разломе) переходит в кинетическую, возбуждая сейсмические волны в грунте.

Место разрушения породы называют гипоцентром , или очагом землетрясения . В зависимости от глубины Н очага землетрясения подразделяют на нормальные (при глубине 0–70 км), промежуточные (70–300 км) и глубокофокусные (более 300 км).

Проекция гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром , а расстояние от эпицентра до некоторой точки земной поверхности – эпицентральным расстоянием R .

Интенсивность сейсмических воздействий на различные объекты зависит от гипоцентрального расстояния :

C увеличением расстояния С интенсивность уменьшается. Зону поверхности грунта в радиусе R < H считают эпицентральной. В ней преобладают колебания грунта вертикального направления. По мере удаления от эпицентра усиливается влияние горизонтальной компоненты колебаний, представляющей наибольшую опасность для зданий.

Классификация землетрясений по величине и мощности очага по Рихтеру ведется по шкале магнитуд (табл. 2.1). Для бытового представления характеристик землетрясений в технических источниках приводится схематизированная описательная шкала в варианте MSK– 64 (табл. 2.2).

Таблица 2.1

Шкала Рихтера, характеризующая величину землетрясений

Таблица 2.2

Схематизированная классификация землетрясений по шкале Рихтера в варианте MSK–64

Магнитуда землетрясения М – безразмерная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясением, которая находится в пределах от 0,0 до 9,0.

Проявления землетрясений в тех или иных районах называют сейсмичностью .

Количественные показатели сейсмичности включают интенсивность, или магнитуду, и повторяемость, причем повторяемость (частота) снижается с увеличением магнитуды [9]. Магнитуда может быть определена через амплитуду Z , мкм, поверхностной волны и рас- m стояние R , км, до эпицентра землетрясения по формуле

Излучаемая в очаге землетрясения энергия Е , эрг, связана с магнитудой по формуле

где для сильных землетрясений а = 1,5; b = 11,8; для слабых – а = 1,8; b = 11.

Например, при землетрясении с М = 5,5 по шкале Рихтера Е = 10 20эрг.

Сильные землетрясения могут ощущаться на расстоянии тысячи километров и более. Так в асейсмичной Москве время от времени наблюдаются толчки интенсивностью до 3 баллов, служащие «эхом» катастрофических карпатских землетрясений в горах Вранча в Румынии; эти же землетрясения в близкой к Румынии Молдавии ощущаются как 7–8 – балльные.

Продолжительность землетрясений различна, часто число подземных толчков образует рой землетрясений, включающих предшествующие (форшоки) и последующие (афтешоки) толчки.