< Предыдущая   Оглавление   Следующая >

Бескаркасные здания из местного материала без фундамента на песчаном грунте

Так как фунт, на котором построены эти здания, и грунт окружающей местности одинаков, то приращение балльности и (см. табл. 5.1) одинаково, и для песчаного фунта составляет 1,6, поэтому

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости (см. табл. 5.2), и, согласно табл. 5.5, При вероятность общих потерь населения в домах рассматриваемого типа при условии, что все дома получат третью степень разрушения, по данным табл. 5.4. составит а безвозвратных -

Для более точного определения структуры потерь населения по табл. П.2 по разности величин(принимаем) находим вероятность возникновения различных степеней повреждения зданий: для первой степени ; для второй степени ; для третьей степени и для четвертойДалее по формулам (5.6)-(5.8) находим структуру потерь:

Примем для определенности, что землетрясение произошло ночью, когда 94% населения (табл. П.3.1) находится в жилых домах, и в бескаркасных зданиях из местных материалов проживает 20% жителей населенного пункта (N3 = 0,94 0,2 50 000 = 9 400 человек). Тогда по формулам (5.9):

Кирпичные малоэтажные здания на полускальных грунтах

Так как грунт, на котором построены эти здания, полускальный, то приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построено здание, составляет (см. табл. 5.1), а приращение балльности для песчаного грунта в окружающей местностисоставляет 1,6 поэтому

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости (см. табл. 5.2), тогда и, согласно табл. 5.5, При вероятности общих и безвозвратных потерь населения в домах рассматриваемого типа при условии, что все дома получат разрушения не более 2 степени, поданным табл. 5.4 составят и т.е. люди не пострадают.

В соответствии с данными табл. П.2 по разности величин (принимаем ) находим вероятность возникновения различных степеней повреждения зданий: для первой степени для второй степени для третьей степени

Крупнопанельные здания, построенные на полускальных грунтах

Так как грунт, на котором построены эти здания, полускальный, то приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построено здание, составляет (см. табл. 5.1), а приращение балльности для песчаного грунта в окружающей местностисоставляет 1,6, поэтому

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости (см. табл. 5.2), тогда и, согласно табл. 5.5, . При люди не пострадают (см. табл. 5.4).

Легко убедиться в том (см. табл. П.2), что при зданий рассматриваемого типа вообще не получит повреждений, 50% зданий получит повреждения первой степени, 10% - второй.

Таким образом, наибольшую опасность представляют бескаркасные здания без фундамента из местных материалов, жители которых могут серьезно пострадать.

Прогнозирование и оценка обстановки при цунами

Цунами - это морские волны, которые возникают вследствие землетрясений (90% случаев), деятельности вулканов и мощных подводных взрывов.

Цунами (в пер. с японского "большая волна в гавани"), - одно из наиболее коварных, разрушительных и таинственных явлений природы. Возникнув в удаленной точке океана, такая волна распространяется на открытом пространстве со скоростью самолета и неожиданно обрушивает на спокойное побережье гигантский ват воды, вздымающийся многометровой стеной и несущийся со скоростью курьерского поезда.

Никакие сооружения не могут противостоять напору этой волны: здания, фермы железнодорожных мостов, вагоны, бульдозеры, танки, огромные деревья подхватываются и уносятся также легко, как щепки. Когда уходит первая волна, уцелевшие жители спускаются к покинутым домам, чтобы помочь пострадавшим, спасти свои вещи. Но обычно приходит вторая гигантская волна, а иногда и последующие, довершающие начатое первой. Разбушевавшаяся стихия за полчаса превращает цветущее и оживленное побережье в опустошенные развалины.

За письменную историю Земли от волн цунами погибло, видимо, не менее миллиона человек. Так, взрыв вулкана Санторин и вызванное им цунами уничтожили Крито-Микенскую культуру. Гибель Атлантиды и библейский потоп также связывают с цунами в Средиземноморье. Камчатское землетрясение 1737 г., описанное С.П. Крашенинниковым, вызвало волны цунами, захлестнувшие берег на высоту до 60 м.

Тихоокеанское побережье Камчатки и Курильских островов - наиболее цунамиопасные районы России. Менее сильные цунами отмечены в Охотском, Японском и Беринговом морях. Самым катастрофическим в XX в. в России было Северо-Курильское цунами 1952 г. Потенциатьно разрушительным считается цунами с высотой подъема воды более 2 м. После 1952 г. зарегистрировано порядка 60 цунами, в том числе 15 потенциально разрушительных.

В океане волна практически незаметна для мореплавателей: ее крутизна менее 1/10000. Но при подходе к берегу движение массы воды затормаживается, волна становится круче и, вобрав в себя всю подведенную энергию возмущенной океанской толщи, обрушивается на сушу с огромной скоростью. Волна выплескивает на побережье морской песок, по отложениям которого ученые восстанавливают следы древних цунами и расширяют наши знания об этом редком устрашающем явлении. Поиски так называемых палеоцунами активно ведутся на побережьях Камчатки, Японии, США, Греции. В недавних палеоисследованиях обнаружены следы более 50 катастрофических цунами за последние 10 000 лет.

Волна цунами представляет собой отклик океана на кратковременное возмущение уровня воды, возникшее на большом участке океанской поверхности. Горизонтальный размер возмущенной области в 10...25 раз превышает глубину воды.

Возникновение значительных цунами, как правило, связано с землетрясениями, очаги которых расположены сравнительно неглубоко - на глубине не более 40...60 км, причем если землетрясения с магнитудой более 7,5 вызывают цунами всегда, то при магнитуде от 5,8 до 6,2-лишь в 14% случаев.

Наиболее простая модель, объясняющая механизм генерации цунами, использует представление о быстром подъеме/опускании участка океанического дна под воздействием тектонических сил. В такой модели участок дна рассматривается как поршень, вдвигаемый в несжимаемую жидкость - воду. При этом на поверхности воды появляется возвышение (горб), которое по окончании действия поршня растекается по поверхности под действием силы притяжения. Возникающая в этом случае волна называется поверхностной гравитационной волной.

Интересно заметить, что высота возмущения в источнике цунами и соответственно высота волны в океане составляет примерно 5 м. Поскольку средняя глубина океана оценивается в 4 км, а горизонтальный размер возвышения, порождающего волну, может превышать 100 км, то возникающая волна оказывается очень длинной. Отсюда и ее необыкновенные свойства. Скорость волны в открытом океане определяется практически только глубиной воды и составляет порядка 200 м/с (более 700 км/ч), период волны при этом достигает 10 и даже 20 минут. Скорость волны на побережье - до 40 км/ч. После образования в каком-либо месте цунами может пройти несколько тысяч километров, почти не уменьшаясь.

Цунами характеризуют магнитудой, за которую принимают натуральный логарифм амплитуды колебания уровня воды (в метрах), измеренный стандартным мореографом у береговой линии на расстоянии от 3 до 10 км. Магнитуда цунами отличается от магнитуды землетрясения. Если сейсмическая магнитуда характеризует энергию землетрясения в целом, то магнитуда цунами - только часть этой энергии, пошедшую на образование цунами. Соотношение между магнитудами землетрясения и цунами и связанной с последней высотой главной волны цунами показано в табл. 5.6.

Таблица 5.6

Соотношение между магнитудами землетрясения и цунами

Магнитуда землетрясения М, балл

Магнитуда цунами т

Высота главной волны h0, м

7,5

I

До 3

8,0

2

4-6

8,25

3

8-12

8,5

4

14-20

По мере распространения волны цунами от места образования обычно формируется группа волн, порядка десяти, которые достигают берега с периодом от 5 до 90 минут. Как правило, наибольшей является одна из первых трех волн.

Скорость распространения волн цунами v (m/c) определяется по формуле

(5.10)

где g - ускорение свободного падения, м/с2; Н - глубина океана, м. Время достижения волнами цунами берега τ (с) равно

(5.11)

где L - расстояние до эпицентра землетрясения, м.

По мере продвижения волны к берегу при пологом дне происходит увеличение высоты волны и уменьшение ее длины. Основными разрушающими факторами цунами являются:

o гидростатическое давление слоя воды;

o динамическое воздействие потока воды;

o размывающее действие потока.

Суммарное гидравлическое давление ΔP (Па) волн цунами на здания и сооружения равно

(5.12)

где р - плотность воды, кг/м3 (можно принять ρ = 1000 кг/м3); hs - высота волны цунами на расстоянии s от берега, м; vs - скорость потока при высоте волны hs, м/с; β - коэффициент лобового сопротивления здания (можно принять β = 1,4).

Изменение скорости водного потока vs (м/с) по мере удаления от берега (от уреза воды) описывают уравнением

(5.13)

где vyp - скорость потока у уреза вода, м/с, определяемая по формуле:

(5.14)

где а - коэффициент, принимаемый равным 3 м0,5/с; h0 - высота главной волны цунами, определяемая по табл. 5.6.

Ориентировочно можно принять высоту волны у уреза воды

(5.15)

Высота волны hs (м) на различных расстояниях s (м) от берега равна

(5.16)

где i - уклон берега; n - коэффициент шероховатости, определяемый по формуле:

(5.17)

Дальность распространения воды на берегу Sk (м) может быть определена по формуле:

(5.18)

где hk - глубина потока (обычно принимают, что при hk = 0,5 м ущерб не наносится).

Для ориентировочного определения ущерба можно воспользоваться таблицами, в которых степень разрушения зданий и сооружений определяется в зависимости от гидравлического давления (см. табл. 5.14) или в зависимости от скорости и высоты волны прорыва (см. табл. 5.45).

Пример 2. На расстоянии 500 км от берега в океане произошло землетрясение с магнитудой М = 8 баллов. Средняя глубина океана Н = 4000 м, уклон берега i = 1 * 10_3. На бepeгy океана расположен населенный пункт, состоящий из деревянных и малоэтажных кирпичных зданий и рыбоперерабатывающего завода.

Определить степень разрушения объектов на берегу.

Решение.

1. По формуле (5.10) определим скорость распространения волны цунами v:

2. Время достижения волнами цунами берега τ по формуле (5.11) равно

3. Приняв по табл. 5.6. высоту главной волны h0 = 5 м (при М = 8), определим скорость потока у уреза воды νур по формуле (5.14) и высоту волны у уреза воды hур по формуле (5.15):

4. Коэффициент шероховатости n найдем по формуле (5.17):

5. Определим глубину зоны ущерба Sk по формуле (5.18), принимая hk = 0,5 м:

6. Определим изменение высоты hS по формуле (5.16) и скорости vs по формуле (5.13) потока воды по мере удаления от берега:

S, м

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

h, м

7,5

6,37

5,39

4,4

3,43

2,45

1,47

V, м/с

6,7

5,98

5,32

4,62

3,87

3,06

2,14

7. По формуле (5.12) найдем гидравлическое давление волн цунами на здания и сооружения:

S, м

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

АР, кПа

68,17

56,2

46,2

36,5

27,3

8,6

10,4

8. В соответствии с данными табл. 5.14 на расстоянии до 2 км от берега будут полностью разрушены жилые дома, ТЭС, котельные и т.п.

Сильные разрушения будут иметь промышленные здания рыбоперерабатывающего завода, расположенного на берегу океана.

< Предыдущая   Оглавление   Следующая >