в процессе тепловых взрывов в верхней мантии и выделения громадного количества тепла, обусловленного пластическими пе­ремещениями подкорковых масс и выходом их на земную поверх­ность в виде вулканических извержений;

— обвалов громадных масс горных пород, происходящих на поверхности и в подземных пустотах.

Кроме этих природных спусковых механизмов возникновения землетрясений могут иметь и чисто техногенные причины, также приводящие к сотрясению поверхности земли и обусловившие так называемую наведенную сейсмичность. К таким причинам, спо­собствующим искусственному возбуждению сейсмического сотря­сения, можно отнести крупные взрывы, в том числе и ядерные подземные и наземные и деформации в земной коре, вызванные созданием громадных водохранилищ.

И в том и в другом случае упругие волны вызывают сотрясения разного масштаба в верхней части мантии или на отдельных участ­ках земной коры, обусловливая выделение определенных зон сей­смической активности.

породы. Установлено, что при увеличении расстояния в два раза количество энергии убывает в 10—20 раз, а при возрастании глу­бины в 10 раз количество энергии уменьшается в тысячу раз. Это положение и объясняет тот факт, что наиболее разрушительными являются землетрясения с неглубоким положением гипоцентра. В качестве примера можно привести Читкальское землетрясение 1948 года с глубиной очага 30 км. Хотя в находившемся в 200 км от эпицентральной зоны Ташкенте оно и ощущалось силой в 7— 8 баллов, фактически разрушений не было зафиксировано. В то же время при такой же балльности Ташкентских землетрясений 1966 года, когда глубина гипоцентров составляла 3—12 км, многие дома разрушились, также были и человеческие жертвы (Ташкент­ское землетрясение..., 1971).

Область проявления разрушительных землетрясений, в преде­лах которой проявляются сейсмодеформации, то есть землетрясе­ние угрожает сохранности сооружений, земной поверхности, жизни людей, называется плейстосейстовой областью. Наиболь­шая сила землетрясения характерна для эпицентра, при удалении от которого во все стороны сила толчков и сотрясения постепенно уменьшаются. Линии, соединяющие пункты с одинаковой силой проявления землетрясений, называются изосейстами. На рис. 7.3 приведены примеры схем изосейст двух землетрясений в Байкаль­ской рифтовой зоне, произошедших в 1981 и 1995 гг.

При сильных землетрясениях после основного удара часто ощущаются повторные толчки (афтершоки), возникающие в ре­зультате перераспределения упругих напряжений в гипоцентраль- ной области литосферы. Как правило, такие толчки по своей силе значительно слабее первого, главного сотрясения. Обычно таких толчков насчитывается два-три десятка, однако при Ташкентском землетрясении 1966 года их было более 700. Очень часто именно афтершоки являются причиной возникновения сейсмогенных об­валов и оползней, ибо первый удар нарушает устойчивость горных массивов, доводя ее до критического состояния предельного рав­новесия, а повторные толчки приводят к смещению пород по склонам.

При землетрясениях, эпицентр которых расположен на дне океанов или морей, возникает явление моретрясения, при которых в массе воды возникают эллиптические волны высотой в несколь­ко десятков метров, распространяющиеся с большой скоростью. Эти волны получили название цунами (от японского слова tsuna­mi — волна). Образование волн цунами вызывается быстрыми поднятиями или опусканиями морского дна по падению разрывов (сбросы или взбросы). При этом, как показали исследования япон­ских ученых, горизонтальные перемещения пород (сдвиги), как правило, не сопровождаются образованием таких волн. Так, при сильнейшем Сан-Францисском землетрясении 1906 года цунами не было, хотя горизонтальное смещение по разлому Сан-Андреас достигло 6 м. Резкий вертикальный подъем дна вблизи Аляски в

a

1946 году (Аляскинское землетрясение) привел к катастрофичес­ким последствиям вследствие подхода цунами к Гавайским остро­вам, находящимся от эпицентра более чем в 3000 км (Болт и др., 1978). Неоднократно цунами обрушивается на Западное побережье Тихого океана. Начиная с XIV века Япония испытала не менее 10 катастрофических цунами. В России наиболее часто воздейст­вию цунами подвергаются острова Курильской гряды и восточное побережье Камчатки.

В открытом океане длина волны цунами во много раз превос­ходит все другие морские волны. Расстояние между гребнями для волн цунами может превышать 100 км, однако их высота редко достигает 1 м. Практически в океане при больших глубинах такие волны незаметны. Скорость распространения цунами находится в прямой зависимости от глубины. Математически она определяется выражением

а л)

где g — ускорение силы тяжести; d — глубина воды.

Исходя из формулы (7.1), в глубоководных впадинах, где глу­бина равняется нескольким километрам, скорость перемещения волн цунами достигает сотен километров в час.

Когда цунами подходит к мелководью, на шельфе или у остро­вов, скорость резко падает, одновременно во много раз возрастает амплитуда волны, доходя до 30—40 м и более. Так, русский путе­шественник С. П. Крашенинников, посетивший в XVIII в. Камчат­ку во время прихода туда цунами, зафиксировал волну высотой 70 м (Маслов, Котов, 1971).

Очень часто при подходе цунами к берегу уровень моря вдоль побережья несколько понижается, обнажая подводную часть пля­жа. Между отдельными сериями волн могут быть промежутки от нескольких минут до часа и более. Высота подъема воды и осу­шенные расстояния значительно меняются вдоль побережья и за­висят от глубины прибрежной зоны. При этом совсем не обязате­лен тот факт, что наиболее катастрофичные опустошения прино­сит первая волна. При цунами, обрушившемся на Гавайи в 1946 году, наибольший ущерб принесла восьмая по счету волна.

Следует подчеркнуть, что, по данным американских ученых, энергия цунами составляет от 1 до 10% энергии вызывающих их землетрясений. Энергия самых крупных цунами достигает пример­но 10²³ эрг (Болт и др., 1978).

мические волны делятся на два главных типа: глубинные и поверх­ностные.

Глубинные волны распространяются внутри земли и состоят из двух видов упругих волн — продольных (Р) и поперечных (5).

Продольные волны являются волнами сжатия, они передаются переменным увеличением или уменьшением объема, сжатием и разряжением напряжений вдоль направления распространения волны. Продольные волны подобны обычным звуковым волнам с той лишь разницей, что их частоты намного ниже тех, которое воспринимает человеческое ухо. Период их колебаний изменяется от 2—3 до 25 с и более. Эти волны проходят через все среды — газообразные, жидкие и твердые. Поперечные волны представляют собой колебания частиц, происходящих в направлении, перпенди­кулярном пути волны. Они сдвигают частицы твердого земного ве­щества, причем происходит изменение только формы, но не его объема. Поэтому эти волны не могут распространяться в жидкос­тях и газах.

Поверхностные волны, или волны Релея, также делятся на два вида. В одном случае это вертикальная волна, когда колебания направлены вертикально, в другом — это горизонтальная волна, когда колебания направлены горизонтально. Периоды колебаний этих волн изменяются от нескольких секунд до нескольких минут. Эти волны распространяются вблизи свободной земной поверх­ности, а глубина их проникновения определяется их частотой.

Скорости распространения всех этих волн различны. Самая быстрая волна — продольная, самая медленная — поверхностная. Скорость продольной волны больше скорости поперечной при­мерно в V3" раза. Как величина физическая, скорость распростра­нения сейсмических волн может быть рассчитана по следующим формулам:

Примечание. Приведены минимальные, максимальные и средние (в скобках) зна­чения скорости распространения упругих волн в сейсмической жесткости.

-40 ■

бания не продолжаются дольше. Цель этих приборов — запись колебаний в области сильных землетрясений, поскольку обычные сейсмографы при первых сильных толчках, как правило, выходят

из строя.

В последнее время сейсмометрическая аппаратура существенно усовершенствуется. Появились новые автоматические сейсмостан­ции с использованием магнитной и цифровой записей на ленту. Раз­работаны компьютерные программы, позволяющие быстро и точно анализировать полученные данные. На рис. 7.7 приведен пример ак­селерограммы Зун-Муринского землетрясения (25.02.99), записан­ного цифровой сейсмостанцией и обработанной при помощи ЭВМ.

Оценка силы землетрясений

Магнитуда — условная характеристика, оценивающая энер­гию в гипоцентре, приходящуюся на единицу площади. Она пред­ставляет собой логарифм отношения амплитуды колебаний А кон­кретного участка к амплитуде А' эталонного участка:

M = lg-£ = lgA-lgA'. (7.4)

А

Магнитуда в зависимости от силы землетрясений изменяется от О до 8.8. Магнитуда Гоби-Алтайского (1957 г.), Аляскинского (1964 г.) землетрясений составила 8.6, Ташкентского (1966 г.) — 5.3, Нефте­горского — 7. Установлено, что при отличии магнитуд двух земле­трясений на единицу, амплитуды их колебаний различаются в 10 раз. Связь магнитуды с энергетическим классом определяется следую­щей зависимостью:

К = \Ш+\2. (7.5)

В табл. 7.3 показано соотношение между энергетическим клас­сом землетрясения и его магнитудой. С целью оценки энергии, выделяющейся в очаге землетрясения, Ч. Рихтером в 1935 году была предложена стандартная шкала магнитуд, которая является экспоненциальной, охватывая широкий диапазон от 0 до 8.8. При этом энергия землетрясения с М - 4.0 больше энергии землетрясе­ния сМ = 3.0 примерно в 30раз и т.д.

Как уже отмечалось выше, землетрясения, гипоцентры кото­рых находятся под дном морей и океанов, вызывают образование

огромных разрушительных волн — цунами. Для их оценки япон­скими учеными предложена специальная шкала магнитуд цунами, которые определяются подобно магнитудам землетрясений. В то же время определена эмпирическая зависимость магнитуды цуна­ми от магнитуды вызывающего их землетрясения. Для землетрясе­ний с неглубоким расположением очага характеристика такой за­висимости приведена в табл.7.4.

Установлено, что с увеличением глубины очага землетрясений вели­чина цунами убывает. При этом предел магнитуды землетрясения, вы­зывающей катастрофическое цунами, можно определить по формуле

М = 7.7 + 0.008 h, (7.6)

где h — глубина очага землетрясения, км.

Сила землетрясений на поверхности измеряется интенсив­ностью в баллах. Соотношение между магнитудой и балльностью

Таблица 7.3

Соотношение между К и М (по Г. П. Горшкову, А. Ф. Якушевой, 1973)

К 9 10 II 12 13 14 15 16

М 3.1 3.7 4.4 5.5 5.6 6.2 7.0 5.7

Также в этой шкале приведено и сейсмическое ускорение в долях g. С 1964 года в СССР, а теперь и в России пользуются 12-балльной шкалой MSK-64 (табл. 7.6), разработанной С. В. Медве­девым в содружестве с В. Карником и В. Шпонхойером. Основой этой шкалы послужила 12-балльная шкала Меркалли—Канкани, применяемая в довоенные годы в Западной Европе (Сейсмическая шкала..., 1975). Шкала MSK-64 была рекомендована международ­ными организациями бывшего СЭВ для использования во всех странах. Поскольку в принятой шкале для характеристики силы землетрясений используются такие признаки, как изменение релье­фа, остаточные явления в горных породах, нарушение поверхност­ных и подземных вод, степень повреждения в зданиях и сооруже­ниях, ощущения людей, С. В. Медведев (1962) предложил ряд таб­личных классификаций и характеристик, которые приведены в табл. 7.7—7.10.

В практике строительства в сейсмических районах в соответст­вии со СНиПом II-7-81 наиболее ответственным является диапазон 7—9 баллов шкалы MSK-64.

Период повторяемости характеризует, через сколько лет воз­можно повторение землетрясения того или иного класса. По по­вторяемости периоды делятся на разряды: 3—30, 30—300, 300— 3000. Кроме того, используется показатель числа землетрясений, зарегистрированных в год на площади 1000 км².

Еще одним важным показателем являются остаточные дефор­мации в породах, так называемые сейсмодислокйции, под которы­ми понимают проявившиеся на земной поверхности в результате землетрясений крупные смещения земной коры, движения сейсмо- генных морфоструктур, трещины и рвы в коренных породах, а

Таблица 7.8

Б. Обычные кир­пичные дома, здания крупноблочного и па­нельного типа из ес­тественного камня

2. Каркасные же­лезобетонные здания, деревянные дома хо­рошей постройки

Умеренные повреждения — не­большие трещины в стенах, откалывание довольно больших кусков штукатурки, падение кровельных черепиц, трещины в дымовых трубах, падение частей дымо­вых труб

Тяжелые повреждения — большие и глубокие трещины в стенах, падение дымовых труб

Разрушения — сквозные трещины и проломы в стенах, обрушение частей зданий, разрушение связей между отдель­ными частями зданий, обрушение внутрен­них стен и стен заполнения каркаса

Обвалы — полное разрушение зданий

Большинство (около 75)

Таблица 7.9

Балл

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Таблица 7.11

ПРОГНОЗ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

ет проектировщиков и строителей, возводящих в сейсмических районах различные сооружения. В связи с этим на отдельных ос­военных и осваиваемых участках (города, крупные поселки, про­мышленные объекты и т. д.) проводится сейсмическое микрорай­онирование, конкретной задачей которого является установление расчетного балла, т. е. выделение в пределах данного сейсмичес­кого региона участков с существенно различными грунтовыми, морфометрическими и гидрогеологическими условиями. На прак­тике достаточна оценка, при которой выделяются участки, отлича­ющиеся по степени сейсмического эффекта при сильных земле­трясениях на один балл по отношению к сейсмическому эффекту, ожидаемому в данном пункте в средних грунтовых условиях, т. е. при исходном балле. Основой сейсмического микрорайонирова­ния являются, с одной стороны, сведения о сейсмическом районе и типах грунтовых условий, выделенных на основании проведен­ных инженерно-геологических исследований. С другой стороны, сейсмические свойства грунтов, определенные по результатам инструментальных сейсмометрических измерений и соответствую­щих расчетов, например, сравнение амплитуд смещений и колеба­ний грунтов на площадках с различными типами инженерно-гео­логических элементов или сравнение грунтов различных участков по их акустическим жесткостям с учетом резонансных свойств вы­деленного инженерно-геологического элемента, наличие пород с различными типами частотных характеристик и т. д.

На рис. 7.11 в качестве примера приведен фрагмент карты сей­смического микрорайонирования г. Иркутска, выполненной в мас­штабе 1 : 10 000. Как видно из этой карты, на территории, харак­теризующейся исходным баллом 8, выделены 7- и 9-балльные участки. При этом сейсмическая интенсивность в баллах указыва­ется цифрой, справа от которой размещаются следующие характе­ристики. Дробный показатель: в числителе — номер фунтового комплекса (для данного фрагмента: 1 — песчаники, алевролиты, полускальные, местами выветрелые, уровень подземных вод нахо­дится на глубине более 10 м; 2 — песчаники и алевролиты сильно выветрелые, урбвень подземных вод на глубине менее 5 м; 4 — суглинки мощностью до 12 м, уровень подземных вод более 10 м). В знаменателе: римскими цифрами — номер сейсмической зоны: I — исходная сейсмичность 8 баллов. Вверху (степенной показа­тель) — индекс частотной характеристики (табл.7.12), внизу — индекс повторяемости землетрясений (по СНиП).

Таким образом, карты сейсмического районирования являются своего рода прогнозными картами, указывающими место и воз­можную силу сотрясения этого участка земной поверхности.

Проблема прогноза времени землетрясения — самая сложная проблема. В то же время большинство людей ассоциируют про­гноз землетрясений именно с этим показателем, и не просто про­гноз любого землетрясения, а именно сильного, разрушительного, имеющего энергетический класс выше 10. Предсказание же сла-

■'

Гидрогеодинамические предвестники землетрясений обусловле­ны упругими деформациями, приводящим^ к образованию и разви­тию трещин и изменению емкости пор. Сжатие и растяжение пород способствует возрастанию или ослаблению пластового давления, что сказывается на режиме подземных вод. В течение длительного периода перед землетрясением по мере развития упругих деформа­ций происходят постоянные изменения уровня напора или расхода подземных вод. Перед землетрясением происходят более резкие из­менения этих показателей. Однако данные по этим изменениям, как будет показано на примерах ниже, пока еще отдельные разрознен­ные факты, не позволяющие точно предсказать время основного сильного удара стихии. Так, при Ташкентских землетрясениях 1966— 1969 гг. не все толчки сопровождались уменьшением давления под­земных вод. При землетрясении в Газли(1976 г.) за 12 часов до основного толчка резко понизился уровень воды в скважине глуби­ной 118 м, расположенной в 200 км от эпицентра. Скважина факти­чески была полностью осушена, а вода вновь появилась в ней только через 24 часа. В Байкальской рифтовой зоне на одном из наблюда­емых термальных источников за несколько дней до толчка силой в 6 баллов происходило резкое изменение дебита (рис. 7.12). Подоб­ное явление наблюдалось в мае 1974 года при землетрясении в Япо­нии с магнитудой 6.9 на источнике, находящемся в 10 км от эпицен­тра. Сильнейшее землетрясение в Таншане (Китай) в 1976 году с магнитудой 7.6 сопровождалось многолетними изменениями уров­ней подземных вод, регистрируемыми системой наблюдательных скважин на протяжении 3—4 лет, в Иеллоустоиском парке за 2— 4 года до сильного землетрясения учащаются извержения гейзеров. Из приведенных примеров видно, что критерий времени изменения режима подземных вод очень неоднозначен, растягиваясь от не­скольких часов до нескольких лет.

Гидрогеохимические предвестники землетрясений обусловлены изменением растворяющей способности вод в зависимости от дав­ления и наличием различных флюидов, выделяемых из земных недр. Повышение давления в скелете породы сопровождается рас-

творением минерального вещества и возрастанием общей минера­лизации. В связи с возрастающей миграцией подземных вод, про­исходящей при увеличении действия напорных градиентов, изме­няется химический состав подземных вод верхних горизонтов. Они обогащаются микрокомпонентами, характерными для глубин­ных вод. Весьма показательно в этот период и поведение газов — радона, гелия, углекислоты, мигрирующих снизу вместе с глубин­ными водами. Так, в районе г. Тащкента перед землетрясением 1966 года отмечено нарастание концентрации радона. В термаль­ных водах в это время происходит повышение концентраций гелия (см. рис. 7.7). Максимум таких концентраций обычно наблюдается за несколько дней до сейсмического события.

Гидрогеохимические предвестники землетрясений основывают­ся на факторе увеличения температуры подземных вод перед зем­летрясением, вызванным изменением направления переноса тепла от более нагретых (термальных) к холодным водам; температура, как правило, изменяется от 0.2 до 2.0 °С при времени, предшест­вующем землетрясению, от 2—3 до 15—20 дней.

Предсказание времени землетрясений по гидрогеологическим предвестникам весьма перспективное, но далеко не единственное направление решения этой задачи.

К другим предвестникам времени землетрясений можно отнес­ти факты изменения рельефа — высот древних поверхностей, мед­ленные вертикальные движения отдельных участков Земли, пере­кос поверхностей речных и морских террас и т. п. Так, было об­наружено, что незадолго до землетрясения в Ниагате (1964 г.) произошло увеличение высоты древней поверхности. Участок зем­ной поверхности, расположенный вдоль разрыва Сан-Андреас (Калифорния), — поднятие Палмдейл начиная с 1959 года поднял­ся на 5.5 см, а перед Калифорнийским землетрясением 1971 года опустился на 2.5 м. Такие примеры можно продолжить, однако все это разноречивые данные.

Делаются попытки предсказания времени сейсмических толч­ков по изучению перераспределенний напряжений в земной коре, проводятся инструментальные наблюдения за смещениями по тре­щинам и перемещением отдельных блоков земной поверхности, анализируется повторяемость сильных землетрясений для отдель­ных участков Земли, однако все это разрозненные факты, которые пока трудно уместить в стройную теорию.

ВЛИЯНИЕ СЕЙСМИЧНОСТИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ТЕРРИТОРИИ И СООРУЖЕНИЙ

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.

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 при- бровочпые 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. Много- слойность 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. 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-монтмориллони- товый 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..., 1989).

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 (табл. 7.13). Эти данные обычно ис­пользуются для общей оценки осваиваемых участков на стадиях, предшествующих сейсмическому микрорайонированию. Анало­гичная таблица с более детальной характеристикой грунтов приве­дена в СНиПе II-7-81.

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 за­нимают межвпадинные горные перемычки. Постоянная частая со- трясаемость 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 вы-

Таблица 7.13

При сильных землетрясениях происходит разрушение или де­формация сооружений. Как считают Н. Н. Маслов, М. Ф. Котов (1971), различные сооружения могут быть повреждены или разру­шены в следующих случаях: а) когда нарушается устойчивость ос­нования сооружения; б) когда на сооружение воздействуют сейс­мические инерционные силы; в) когда существует явление резо­нанса, т. е. период сейсмической волны совпадает с периодом колебательного движения самого сооружения.

В СНиПе II-7-81 регламентируется последовательность расчета и конструирования антисейсмических мероприятий для сооруже­ний различного типа к каждому элементу сооружения при выпол­нении этих расчетов.

Согласно статье 2.5, расчетная сейсмическая нагрузка на соору­жение (S_lk) в выбранном направлении, приложенная к точке К и соответствующая i-му тону собственных колебаний зданий, опре­деляется по формуле

^ = (7.9)

где К₁ — коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений, изменяющийся от 0.12 до 1; К_г — коэффи­циент, учитывающий конструктивные решения зданий и сооруже­ний, рассчитываемый по соответствующим таблицам СНиПа, не может превышать величины 1.5; S_0ti — значение сейсмической на­грузки для i-ro тона собственных колебаний сооружения, опреде­ляемого в предположении упругого деформирования конструкции по формуле

^_lk=Q_kA^K^_lk, (7.10)

где Q_k — вес сооружения, отнесенный к точке К и определяемый с учетом расчетных нагрузок на конструкции; А — сейсмический коэффициент или коэффициент сотрясаемости (представляет собой величину отношения значения максимального сейсмическо­го ускорения, о котором мы говорили выше, к ускорению силы тяжести). Значение этого коэффициента в соответствии со СНиПом

следует принимать равным 0.1; 0.2; 0.3 соответственно для расче­

тов сейсмичности 7, 8, 9 баллов; (3, — коэффициент динамичнос­ти, соответствующий i-му тону собственных колебаний сооруже­ния, определяемый по соответствующим формулам для различных типов грунтов и колеблющийся от 2 до 3 единиц; ЛТ_ф — коэффи­циент, характеризующий конструкции и изменяющийся от 1 до

1. 5; t|_iit — коэффициент, зависящий от формы деформаций соору­жения при его собственных колебаниях по i-му тону и от места расположения нагрузки, определяемый по соответствующей фор­муле, приведенной в СНиПе.

Рассчитанная таким образом сейсмическая нагрузка позволяет оценить степень устойчивости существующего или проектируемо­го сооружения. Следует напомнить, что при освоении различных

территорий в прошлые века в мире и особенно у нас в России сейсмический фактор практически не учитывался, то же самое можно сказать и о довоенном Советском Союзе. В качестве при­мера можно привести БАМ. Так, первый этап его проектирования и инженерно-геологических изысканий, проведенных в тридца­тых—начале сороковых годов, совершенно не учитывал сейсмич­ность региона. Перепроектирование этого объекта с учетом сейс­мозащиты сооружений от возможной силы землетрясений до 9 бал­лов увеличило сметную плановую стоимость объекта на 4 млрд рублей (в ценах семидесятых годов).

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.

Устойчивость сооружений в моменты сейсмического толчка во многом зависит от глубины заложения фундамента. Особенности проектирования оснований зданий и сооружений, возводимых в сей­смических районах, регламентируется СНиПом 2.02.01.83. Как сле­дует из этих норм и правил, расчет основания с учетом сейсмичес­ких воздействий выполняется по несущей способности фунтов, ко­торая должна быть достаточной для устойчивой работы фундамента. Расчет оснований по несущей способности выполняется на дейст­вие, как правило, только вертикальной составляющей от нафузок, передаваемых фундаментом, и определяется по формуле

А_В = ^Ф, (7.11)

*н

где N_t — нормальная составляющая нафузки; Ф — несущая спо­собность основания; к_И — коэффициент надежности, принимаемый

равным не менее 1.5; т_с — сейсмический коэффициент условий работы, который принимается для скальных, крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов равным 1.2; для водонасыщенных рыхлых песков и глинистых грунтов неустойчивой консистен­ции — равным 0.7; для всех остальных пород — равным 1.0.

Поскольку несущая способность определяется такими показа­телями свойств горных пород, как угол внутреннего трения, сцеп­ление, временное сопротивление сжатию, то при недостаточной их прочности и монолитности рекомендовано применять специ­альные меры по искусственному укреплению свойств горных пород основания (цементация, силикатизация, обжиг и др.).

Глубина заложения фундаментов для грунтов, относимых к I и II категориям (табл. 7.13), обычно принимается такой же, как для фундаментов в несейсмических районах. Для зданий высотой более 5 этажей глубину заложения фундаментов рекомендуется увеличивать путем устройства подвальных этажей, которые долж­ны располагаться под всем зданием или под его отдельными отсе­ками симметрично относительно оси здания или отсека. Здания или сооружения, имеющие сложную форму в плане, должны раз­деляться антисейсмическими швами.

Для повышения устойчивости зданий в последние десятилетия в Советском Союзе уделялось специальным системам активной сейсмозащиты, основными достоинствами которых являлось рас­ширение областей применения индустриальных стандартных кон­струкций и изделий, выпускаемых строительными комбинатами и заводами железобетонных конструкций. Под мерами активной

сейсмозащиты B.C. Поляков с соавторами (1988) понимают в от­личие от обычных мероприятий, связанных с повышением несу­щей способности конструкций, меры, обеспечивающие снижение уровня инерционных сил, возникающих в конструкциях во время землетрясения. Они объединили использующиеся в настоящее время конструктивные мероприятия в четыре основные группы (рис. 7.13):

• системы, реализующие принципы сейсмоизоляции;

адаптивные системы с изменяющимися характеристиками;

системы с повышенным демпфированием;