Учет сейсмичности при строительстве

Различные виды сейсмического воздействия и вытекающие от­сюда проблемы устойчивости можно подразделить на два вида: ус­тойчивость самой геологической среды, т. е. эффекты геологичес­кого характера, и устойчивость зданий и сооружений — эффекты их деформаций и разрушений. В целом устойчивость территории и расположенных на ней сооружений при сейсмическом эффекте колебаний определяется многими факторами. К ним в первую оче­редь относятся морфологические и топографические характерис­тики рельефа и особенности геологического строения (Иванов, Тржцинский, 2001).

Большую роль в уменьшении устойчивости земной поверхнос­ти играет расчлененный рельеф. Всегда более опасны в сейсмичес­ком отношении территории с пересеченным рельефом, высокими и крутыми склонами, узкими и высокими гребнями вершин. Уста­новлено, что в верхних частях крутых склонов землетрясение всегда проявляется сильнее, чем в их средней и нижней частях. С увеличением высоты на 200 м амплитуда колебаний возрастает в 1.5—2 раза, а повышению крутизны склонов с 10 до 48° соответ­ствует увеличение амплитуды в 2.5 раза. Наиболее опасны и прибровочные участки с переходом от крутого к пологому склону. Установлено, что в таких местах сила толчка может увеличиваться на 1 балл. В пределах горных участков с альпинотипными форма­ми рельефа — высокими узкогребневыми вершинами — также амплитуда колебаний больше. Здесь специфической сейсмогенной формой являются срывы вершин гор. Так, при сильнейшем Гоби-Алтайском землетрясении (1957 г.) с магнитудой более 8.0 многие горные вершины были сколоты и сброшены в долины либо смес­тились с поворотом вокруг оси. Поперечники плоскостей сколов колебались от 100 м до 0.7 х 1.5 км, а высота смещенных вершин составила от десятков до 350 м.

Вторым существенным фактором, влияющим на увеличение или снижение балльности, является геологическое строение. Многослойность пород и их наклонное залегание, наличие мощных зон выветрелых толщ, зоны тектонического дробления, мощные покро­вы рыхлых образований с наличием песков и лёссовых грунтов сни­жают устойчивость территории и повышают опасность деформации сооружений (см. инж.-геол. карту Гиссарского землетрясения).

В целом невыветрелые массивные скальные грунты до­вольно стойко переносят сейсмические удары, на них фактически не происходит приращения балльности. Однако при сильных зем­летрясениях (М более 8.0) мгновенное воздействие сейсмических колебаний на горные породы сопровождается резким изменением пористости, тиксотропных свойств, уменьшением сил сцепления и ослабления внутренних структурных связей. В обводненных зонах появляются гидравлические удары, выбросы и фонтанирование грунтов, увеличиваются их плывунные свойства. В. П. Солоненко, изучая эпицентральную зону Гоби-Алтайского землетрясения, уста­новил, что по зонам сейсмогенных разломов происходит дробление и перетирание горных пород вплоть до тектонической муки, текто­нической глины и милонитов. Они образуются из разнообразных пород, но в основе имеют сходный гидрослюдисто-монтмориллонитовый состав. При землетрясении они возникли практически мгно­венно, были выжаты из трещин и местами образовали стены высо­той до 1.5 м при толщине до 1 м (Инженерная геодинамика...,)

Указанные выше два фактора (особенности рельефа и геологи­ческое строение) при оценке сейсмической устойчивости местнос­ти, как правило, следует рассматривать совместно. В качестве примера можно привести Уоянское землетрясение, произошедшее в Северном Прибайкалье 2 ноября 1976 года (М = 5.2), во время которого морфологически одинаковые крутые горные склоны по-разному среагировали на сотрясение. Основная причина этого предопределена характером и свойствами рыхлообломочных скоп­лений. Сильно увлажненные осыпные скопления оказались на­столько смерзшимися в момент сейсмического удара, что пред­ставляли монолит и не имели видимой реакции на сотрясение. На соседних участках с такими же уклонами, но сложенными крупноглыбовым материалом, произошли значительные смещения по­верхностного слоя, в котором произошло возрастание интенсив­ности колебаний (Инженерная геодинамика...,1989

Существенно влияют на увеличение сотрясаемости поверхнос­ти и гидрологические условия. На участках неглубокого залегания грунтовых вод, болотистых и заболоченных землях, в зонах подпо­ра и подтопления интенсивность землетрясений может быть уве­личена на 1 балл. С. В.Медведев (1962) по сейсмическим свойст­вам выделил три категории грунтов, определив для каждой из них исходный и расчетный баллы (см. табл. выше). Эти данные обычно ис­пользуются для общей оценки осваиваемых участков на стадиях, предшествующих сейсмическому микрорайонированию. Анало­гичная таблица с более детальной характеристикой грунтов приве­дена в СНиПе П-7-81 (Иванов, Тржцинский, 2001).

Согласно СНиП 22-01-95 основным количественным параметром при оценке опасности от землетрясений является интенсивность в баллах, а для цунами:

Площадная пораженность территории, %

Протяженность берега, в пределах которого относительно одновременно происходит развитие процесса, км

Продолжительность проявления, ч

Скорость, км/ч

Повторяемость, ед. в год

Землетрясения и цунами относятся к категории катастрофических процессов, их развитие на той или иной территории может вызывать катастрофическое разрушение различных инженерных сооружений. Согласно СНиП 22-01-95 по количественным параметрам опасности проявления землетрясений или цунами изучаемые территории подразделяют на четыре категории (см. табл. ниже):

Показатели, используемые при оценке степени опасности природного процесса (ОПП)	Категории опасности процессов
	чрезвычайно опасные (катастро-фические)	весьма опасные			опасные			умеренно опасные
Землетрясения
Интенсивность, баллы	Более 9	8 - 9			6 - 7			Менее 6
Цунами
Площадная пораженность территории, %	>20		8-20			1-8		<1
Протяженность берега в пределах которого относительно одновременно происходит развитие процесса, км	30-40		10-30			5-10		<5
Продолжительность проявления,ч	48-60		7-48			2-7		<2
Скорость, км/ч	>500		200-500			20-200		<20
Повторяемость, ед. в год	0,05-0,1		0,02-0,05			0,01-0,02		<0,01

Особый интерес с точки зрения оценки устойчивости отдель­ных территорий представляют остаточные деформации — различ­ные виды экзогенных геологических процессов. Очень часто их воздействие проявляется не только в момент сейсмического удара, но и значительно позже. При этом большую роль здесь играют часто повторяющиеся слабые землетрясения, которые сами по себе не вызывают проявления на земной поверхности остаточных деформаций, но способствуют постоянному «растряхиванию» гор­ных пород, в результате чего в них ослабляются внутренние структурные связи и уменьшается прочность, что в конце концов вызы­вает развитие обычных экзогенных геологических процессов, таких как обвалы, осыпи, оползни, сплывы, карстовые обрушения и т. п. По проложенной линии БАМа в пределах Байкальской рифтовой зоны участки с повышенной пораженностью экзоген­ными геологическими процессами совпадают с зонами высокой сейсмической активности. Особое место среди таких участков за­снимают межвпадинные горные перемычки. Постоянная частая сотрясаемость отдельных частей перемычек провоцирует возникно­вение на первый взгляд неожиданных явлений. Так, во время сей­смических наблюдений 1967 года за полгода в районе оз. Бол. Леприндо (Чаро-Муйская перемычка) зарегистрировано 85 земле­трясений силой до 7 баллов. Постоянное сотрясение мерзлых высокольдистых отложений вызвало внезапное развитие термокарс­та. Образовался термокарстовый лог протяженностью 650 м, ши­риной 10—15 и глубиной до 6 м. Одновременно с просадкой на бортах лога произошли солифлюкционные сплывы. За это же время на южном склоне Верхнеангарской впадины зарегистриро­вано 370 землетрясений силой менее 7 баллов. Этому же периоду соответствует активизация здесь сейсмогравитационных явлений (Геология и сейсмичность..., 1985). Таким образом, завершая описание влияния сейсмичности на устойчивость земной поверхности, еще раз подчеркнем, что оцен­ка этого влияния слагается из многих природных факторов.

Другой, наиболее важной стороной вопроса является устойчи­вость сооружений, находящихся на этой земной поверхности и представляющей собой единое целое: геологическая среда — со­оружение. Правда, следует оговориться, что геологическая среда может сыграть определенную роль, как это было показано выше, с уменьшением или увеличением сотрясаемости конкретного участка поверхности (Иванов, Тржцинский, 2001).

В настоящее время народнохозяйственное освоение сейсмичес­ких районов требует соблюдения определенных правил и ограни­чений. Во-первых, это выбор строительных площадок, характери­зующихся простыми инженерно-геологическими условиями. При проведении работ по составлению схем районных планировок экономических районов выбор площадок под новые города, посел­ки и промышленные предприятия следует проводить с наиболее благоприятными грунтовыми условиями (скальные, полускальные, плотные грубообломочные и т. п. породы), в пределах которых возможно минимальное приращение сейсмической балльности. Пригодность выбранной площадки рекомендуется обосновывать материалами сейсмических исследований, в особо ответственных случаях — путем проведения детального сейсмического микрорай­онирования для каждого варианта размещения поселка или про­мышленного объекта. Во-вторых, при разработке или корректи­ровке генерального плана города, поселка, крупного промышлен­ного объекта на основе выполненного детального сейсмического районирования составляются схемы строительного зонирования по этажности, схемы застройки каждой сейсмической зоны, схемы компановки сооружений и схемы размещения улиц, площадей, зе­леных зон. Последние размещаются в пределах участков, характе­ризующихся повышенной сейсмической опасностью (Иванов, Тржцинский, 2001).

Теоретически из всех перечисленных систем наиболее хорошо разработаны адаптивные системы, сущность которых заключается в том, что они в процессе землетрясений могут менять свои дина­мические характеристики в регулируемых пределах и избегать ре­зонансных явлений