Чтение онлайн

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 = 1020 эрг.

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.

Интенсивность землетрясения (сейсмическая интенсивность, или балльность) характеризует силу землетрясения, которая зависит от расстояния, убывая от эпицентра к периферии.

Интенсивность сотрясений на конкретной площадке строительства по 12-балльной шкале может быть определена в зависимости от магнитуды землетрясения М, расстояния R до эпицентра, глубины очага Н, км, и региональных констант a3, b3 > c3 по формуле

причем для России константы имеют значения а3 = 3; b3 = 1,5; c3 = 3,5.

Сейсмический риск определяют с учетом сотрясений расчетной интенсивности от всех очагов вблизи площадки расположения объекта.

В нормах [10] расчетная сейсмичность фиксируется картой сейсмического районирования с указанными балльностями сотрясений.

Деление территории по степени потенциальной сейсмической опасности входит в задачу сейсмического районирования. Оно основано на использовании исторических данных (о повторяемости сейсмических событий, их силе) и инструментальных наблюдений за землетрясениями, геолого-географическом картировании и сведениях о движении земной коры.

Постоянные наблюдения за землетрясениями осуществляются сейсмической службой, в структуре которой функционирует сеть сейсмических станций, охватывающая весь земной шар. Создание такой сети станций начиналось в 1896 г. [11]. В 1915 г. таких станций было уже 60. Современная мировая сеть насчитывает более 2 000 стационарных сейсмических станций, данные которых систематически публикуются в сейсмологических бюллетенях и каталогах. Кроме стационарных станций используются экспедиционные сейсмографы, в том числе устанавливаемые на дне океанов. Экспедиционные сейсмографы засылались также на Луну, Марс и Венеру.

Изучением землетрясений занимается сейсмология. Волны, возникающие при землетрясениях, используются также для изучения внутреннего строения Земли, достижения в этой области послужили основой для развития методов сейсмической разведки. Наблюдения за землетрясениями ведутся с древнейших времен (начиная с I в. до н. э.). Во многих странах мира большое количество ученых проводят комплексные исследования по данной проблеме, однако до настоящего времени нет научно обоснованных достоверных методик по конкретному долгосрочному предсказанию места и времени будущих землетрясений.