Глава 4

Волна прорыва — волна, образующаяся во фронте устремляющегося в про­ран потока воды, имеющая, как правило, значительную высоту гребня и ско­рость движения и обладающая большой разрушительной силой. Волна проры­ва образуется при одновременном наложении двух процессов: падения вод во­дохранилища из верхнего в нижний бьеф, порождающего волну, и резкого увеличения объема воды в месте падения, что вызывает переток воды из этого места в другое, где уровень воды ниже.

Волна прорыва с гидравлической точки зрения является волной перемеще­ния, которая, в отличие от ветровых волн, возникающих на поверхностях бо­льших водоемов, обладает способностью переносить в направлении своего движения значительные массы воды. Поэтому волну прорыва следует рассмат­ривать как определенную массу воды, движущуюся вниз по реке и непрерывно изменяющую свою форму, размеры и скорость. Воздействие волны прорыва на объекты подобно воздействию ударной волны воздушного ядерного взры­ва, но отличается от него тем, что действующим телом является вода.

Прорыв плотин приводит к стремительному затоплению местности. Зона затопления образуется следующим образом. Волна прорыва в своем движении вдоль русла реки непрерывно изменяет высоту, скорость движения, ширину и другие параметры. Вслед за фронтом волны прорыва высота ее начинает ин­тенсивно увеличиваться, достигая через некоторое время максимума, превы­шающего бровки берегов реки, в результате чего начинается затопление пойм.

После прекращения подъема уровней по всей ширине потока наступает бо­лее или менее длительный период движения, близкий к установившемуся. Этот период будет тем длительнее, чем больше объем водохранилища. Послед­ней фазой образования зоны затопления является спад уровней. После про­хождения волны прорыва остается переувлажненная пойма и сильнодеформи-рованное русло реки, так как скорость воды в волне превышает предельные неразмывающие скорости для грунтов, слагающих дно реки и поймы.

Масштабы последствий гидродинамических аварий зависят от параметров и технического состояния гидроузла, характера и степени разрушения плоти­ны, объемов запасов воды в водохранилище, характеристик волны прорыва и катастрофического наводнения, рельефа местности, плотности населения, элементов инфраструктуры в зоне возможного затопления, их уязвимости, се­зона и времени суток происшествия и других факторов.

Разрушительное действие волны прорыва является результатом следующих процессов: резкого изменения уровня воды в нижнем и верхнем бьефах при разрушении напорного фронта; непосредственного воздействия массы воды, перемещающейся с большой скоростью (скоростной напор); изменения проч­ностных характеристик грунта в основании сооружений вследствие фильтра­ции и насыщения его водой; размыва и перемещения больших масс грунта; перемещения с большими скоростями обломков разрушенных зданий и соо­ружений и их таранного воздействия.

Высота и скорость волны прорыва зависят от гидрологических и топогра­фических условий реки. Например, для равнинных районов скорость волны прорыва колеблется от 3 до 25 км/ч, а для горных и предгорных мест достигает 100 км/ч. Лесистые участки замедляют скорость и уменьшают высоту волны.

104

Опасности территорий и видов деятельности

Разрушение зданий. Процесс и результат разрушения зданий имеют свои особенности в зависимости от причин разрушения: сейсмического воздейст­вия, оползания грунта, воздействия селевого потока, внутреннего взрыва газа или попадания извне артиллерийского снаряда, падения воздушного судна, воздействие воздушной ударной волны ядерного взрыва и др.

При землетрясениях принято рассматривать пять степеней разрушения зданий:

• слабые повреждения. Слабые повреждения материала и неконструктивных элементов здания: тонкие трещины в штукатурке; откалывание небольших кус­ков штукатурки; тонкие трещины в сопряжениях перекрытий со стенами и сте­нового заполнения с элементами каркаса, между панелями, в разделке печей и дверных коробок; тонкие трещины в перегородках, карнизах, фронтонах, тру­бах. Видимые повреждения конструктивных элементов отсутствуют. Для ликви­дации повреждений достаточно текущего ремонта зданий;

• умеренные повреждения. Значительные повреждения материала и неконст­руктивных элементов здания, падение пластов штукатурки, сквозные трещины в перегородках, глубокие трещины в карнизах и фронтонах, выпадение кирпичей из дымовых труб, падение отдельных черепиц. Слабые повреждения несущих конструкций: тонкие трещины в несущих стенах; незначительные деформации и небольшие отколы бетона или раствора в узлах каркаса и в стыках панелей. Для ликвидации повреждений необходим капитальный ремонт зданий;

• тяжелые повреждения. Разрушения неконструктивных элементов здания: обвалы частей перегородок, карнизов, фронтонов, дымовых труб; значительные повреждения несущих конструкций; сквозные трещины в несущих стенах; зна­чительные деформации каркаса; заметные сдвиги панелей; выкрашивание бето­на в узлах каркаса. Возможен восстановительный ремонт здания;

• частичные разрушения несущих конструкций: проломы и вывалы в несу­щих стенах; развалы стыков и узлов каркаса; нарушение связей между частями здания; обрушение отдельных панелей перекрытия; обрушение крупных частей здания. Здание подлежит сносу;

• обвалы. Обрушение несущих стен и перекрытия, полное обрушение здания с потерей его формы.

Характер разрушения зданий в значительной степени зависит от их конст­руктивной схемы.

Разрушение происходит при превышении уровнями поражающих факторов различных опасных природных и техногенных явлений стойкости зданий. При разрушении зданий образуются вторичные поражающие факторы для на­ходящихся в них людей, а также образуются завалы, представляющие собой хаотическое нагромождение крупных и мелких обломков строительных конст­рукций, санитарно-технических устройств, мебели, технологического обору­дования и т. п.

Характерным для завалов является нагромождение обрушившихся строите­льных конструкций, их отдельных обломков, а также обломков бетонных, же­лезобетонных конструкций, кирпичной кладки и строительного мусора.

Объем завалов при разрушении жилых здании колеблется в пределах 35—50 %, а промышленных зданий — 15—20 % от строительного объема. Объ-

105