Литература по Основам грунтоведения / Ананьев_Потапов_Инженерная Геология

Различают продольные и поперечные сейсмические волны, как упругие колебания, ( распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений, взрывов,

ударов и других источников возбуждения. Сейсмические волны — продольные или Р-волны (лат. primae — первые; приходят к поверхности Земли первыми, так как имеют скорость в 1,7 раз большую, чем поперечные волны); поперечные или S-волны (лат. secondae-—вторые) и поверхностные или L-волны (лат. lonqeg—длинный). Длины волн больше, а скорости меньше, чем у Р- и У-волн. Продольные сейсмические волны — волны сжатия и растяжения среды в направлении сейсмических лучей (во все стороны от очага землетрясения или другого источника возбуждения);

поперечные сейсмические волны—волны сдвига в направлении,

перпендикулярном сейсмическим лучам; поверхностные сейсмические волны — волны, распространяющиеся вдоль поверхности Земли. L-волны подразделяют на волны Лява (поперечные колебания в горизонтальной плоскости, не имеющие вертикальной составляющей) и волны Рэлея

(сложные колебания, имеющие вертикальную составляющую), названные так в честь открывших их ученых. Наибольший интерес для инженера-строителя имеют продольные и поперечные волны. Продольные волны вызывают расширение и сжатие пород в направлении их движения. Они распространяются во всех средах — твердых, жидких и газообразных.

Скорость их зависит от вещества пород. Это можно видеть из примеров,

приведенных в табл. 11. Поперечные колебания перпендикулярны продольным, распространяются только в твердой среде и вызывают в породах деформации сдвига. Скорость поперечных волн примерно в 1,7 раза меньше, чем у продольных.

Таблица 11

На поверхности земли от эпицентра во все стороны расходятся волны особого рода — поверхностные, являющиеся по своей природе волнами тяжести (подобно морским валам). Скорость их распространения более низкая, чем у поперечных, но они оказывают на сооружения не менее пагубное влияние.

Действие сейсмических волн или, иначе говоря, продолжительность землетрясений, обычно проявляется в течение нескольких cекунд, реже минут. Иногда наблюдаются длительные землетрясения. Например, на Камчатке в 1923 г. землетрясение продолжалось с февраля по апрель месяц

(195 толчков).

Оценка силы землетрясений. За землетрясениями ведут постоянные наблюдения при помощи специальных приборов — сейсмографов, которые позволяют качественно и количественно оценивать силу землетрясений.

Сейсмические шкалы (гр. seismos—землетрясение + лат. scala

лестница) используют для оценки интенсивности колебаний (сотрясений) на поверхности Земли при землетрясениях в баллах. Первую (из близких к современным) 10-балльную сейсмическую шкалу составили в 1883 г.

совместно М. Росси (Италия) и Ф. Форель (Швейцария). В настоящее время большинство стран мира используют 12-балльные сейсмические шкалы: «ММ» в США (усовершенствованная шкала Меркалли-Конкани-Зиберга);

Международная MSK-64 (по фамилии авторов С. Медведева, В.

Шпонхойера, В. Карника, созданная в 1964 году); Института физики Земли АН СССР и др. В Японии используется 7-балльная шкала, составленная Ф Омори (1900 i.) и в последующем многократно переработанная. Балльность по шкале MSK-64 (уточненной и дополненной Межведомственным советом по сейсмологии и сейсмостойкому строительству в 1973 г.) устанавливается:

•по поведению людей и предметов (от 2 до 9 батлов);

•по степени повреждения или разрушения зданий и сооружений (от 6

до 10 баллов);

• по сейсмическим деформациям и возникновению других природных процессов и явлений (от 7 до 12 баллов).

Очень известной является шкапа Рихтера, предложенная в 1935 г.

американским сейсмологом Ч.Ф. Рихтером, теоретически обоснованная совместно с Б Гутенбергом в 1941—1945 гг. шкала магнитуд (М); уточненная в 1962 г. (Московско-Пражская шкала) и рекомендованная Международной ассоциацией сейсмологии и физики недр Земли в качестве стандартной. По этой шкале магнитуда любого землетрясения определяется как десятичный логарифм максимальной амплитуды сейсмической волны (выраженной в микронах), записанной стандартным сейсмографом нз расстоянии 100 км от эпицентра. При других расстояниях от эпицентра до сеисмостанции вводится поправка к замеренной амплитуде с целью приведения ее к той, которая соответствует стандартному расстоянию. Нуль шкалы Рихтера (М = 0) дает очаг, при котором амплитуда сейсмической волны на расстоянии 100 км от эпицентра будет равна 1 мкм или 0,001 мм. При уведичении амплитуды в 10

раз магнитуда возрастает на единицу. При амплитуде, меньшей 1 мкм,

магнитуда имеет отрицательные значения; известные максимальные значения магнитуд М = 8,5—9. Магнитуда — расчетная величина,

относительная характеристика сейсмического очага, не зависящая от места расположения записывающей станции; используется для оценки общей энергии, выделившейся в очаге (установлена функциональная зависимость

Для территории России составлена карта распространения земле-

трясений с указанием баллов. К сейсмическим районам относятся Кавказ,

Алтай, Забайкалье, Дальний Восток, Сахалин, Курильские острова, Камчатка.

Эти районы занимают пятую часть территории. В них располагаются крупные города. В настоящее время подготавливается новая карта, которая будет содержать сведения о повторяемости землетрясений во времени.

Землетрясения способствуют развитию чрезвычайно опасных гра-

витационных процессов —оползней, обвалов, осыпей. Как правило, все землетрясения от семи баллов и выше сопровождаются этими явлениями,

причем катастрофического характера. Повсеместное развитие оползней и обвалов наблюдалось, например, во время Ашхабадского землетрясения

(1948), сильного землетрясения в Дагестане (1970), в долине Чхалты на Кавказе (1963), в долине р. Нарын (1946), когда сейсмические колебания вывели из состояния гавновесия крупные массивы выветрелых и разрушенных пород, которые располагались в верхних частях высоких склонов, что вызвало подпруживание рек и образование крупных горных озер. Существенное влияние на развитие оползня оказывают и слабые землетрясения. В этих случаях они являются как бы толчком, спусковым механизмом уже подготовленного к обрушению массива. Так, на правом склоне долины р. Актуры в Киргизии после землетрясения в октябре 1970 г.

образовались три обширных оползня. Зачастую не столько сами землетрясения оказывают влияние на здания и сооружения, сколько вызванные ими оползневые и обвальные явления (Каратепшское. 1907 г.,

Сарезское, 1911 г., Файзабадское, 1943 г., Хаитское, 1949 г. землетрясения).

Объем массы сейсмического обвала (обвал —обрушение), расположенного в сейсмоструктуре Бабха (северный склон хребта Хамар-Дабан, Восточная Сибирь), составляет около 20 млн. м3. Сарезское землетрясение силой 9

баллов, происшедшее в феврале 1911 г., сбросило с правого берега р. Мургаб в месте впадения в нее Усой-Дарьи 2,2 млрд. м3 горной массы, что привело к образованию плотины высотой 600—700 м, шириной 4 км, длиной 6 км и

озера на высоте 3329 м над уровнем моря, объемом 17—18 км3, площадью зеркала 86,5 км2, длиной 75 км, шириной до 3,4 км, глубиной 190 м. Под завалом оказалось небольшое селение, а под водой кишлак Сарез.

В результате сейсмического воздействия при Хаитском землетрясении

(Таджикистан, 10 июля 1949 г.) силой 10 баллов большое развитие получили обвальные и оползневые явления на склоне хребта Тахти, после чего сформировались земляные лавины и селевые потоки 70-метровой толщины со скоростью 30 м/с. Объем селевого потока — 140 млн. м3, площадь разрушений — 1500 км2.

Строительство в сейсмических районах (сейсмическое микрорайони-

рование). При строительных работах в районах землетрясений необходимо помнить, что баллы сейсмических карт характеризуют только некоторые усредненные грунтовые условия района и поэтому не отражают конкретных геологических особенностей той или иной строительной площадки. Эти баллы подлежат уточнению на основе конкретного изучения геологических и гидрогеологических условий строительной площадки (табл. 14). Это достигается увеличением исходных баллов, полученных по сейсмической карте, на единицу длины участков, сложенных рыхлыми породами, в

особенности увлажненными, и их уменьшением на единицу для участков,

сложенных прочным! скальными породами. Породы II категории по сейсмическим свойствам свою исходную балльность сохраняют без изменения.

Корректировка баллов строительных участков справедлива, главным образом, для равнинных или холмистых территорий. Для горньг районов необходимо принимать во внимание и другие факторы. Опасными для строительства являются участки с сильно расчлененным рельефом, берега рек, склоны оврагов и ущелий, оползневые и карстовые участки. Крайне опасны участки, расположенные вблизи тектонических разрывов. Весьма затруднительно строить при высоком залегании уровня грунтовых вод (1—3

м). Следует учитывать, что наибольшие разрушения при землетрясениях

происходят на заболоченных территориях, на обводненных пылеватьгх, на лессовых недоуп-лотненных породах, которые при сейсмическом сотрясении энергично доуплотняются, разрушая выстроенные на них здания и сооружения.

Таблица 14

При ведении инженерно-геологических изысканий в сейсмических районах требуется выполнять дополнительные работы, регламентированные соответствующим разделом СНиП 11.02—96.

На территориях, где сила землетрясений не превышает 7 баллов,

основания зданий и сооружений проектируют без учета сейсмичности. В

сейсмических районах, т. е. районах с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9

баллов, проектирование оснований ведут в соответствии с главой специального СНиПа по проектированию зданий и сооружений в сейсмических районах.

В сейсмических районах не рекомендуется прокладывать водоводы,

магистральные линии и канализационные коллекторы в водонасыщен-ных грунтах (кроме скальных, полускальных и крупнообломочных), в насыпных грунтах независимо от их влажности, а также на участках с тектоническими нарушениями. Если основным источником водоснабжения являются

подземные воды трещиноватых и карстовых пород, дополнительным источником всегда должны служить поверхностные водоемы.

Большое практическое значение для жизни и производственной деятельности человека имеет предсказание момента начала землетрясения и его силы. В этой работе уже имеются заметные успехи, но в целом проблема прогнозирования землетрясений еще находится на стадии разработки.

Вулканизм — это процесс прорыва магмы из глубин земной коры на поверхность земли. Вулканы — геологические образования в виде гор и возвышений конусовидной, овальной и других форм, возникшие в местах прорыва магмы на земную поверхность.

Вулканизм проявляется в районах субдукций и обдукций и внутри литосферных плит геосинклиналей. Наибольшее количество вулканов расположено вдоль побережья Азии и Америки, на островах Тихого и Индийского океанов. Вулканы имеются также на некоторых островах Атлантического океана (у побережья Америки), в Антарктиде и Африке, в

Европе (Италия и Исландия). Различают вулканы действующие и потухшие.

Действующими называют те вулканы, которые постоянно или периодически извергаются; потухшими, которые прекратили свое действие и об их извержениях нет данных. В ряде случаев потухшие вулканы снова возобновляют свою деятельность. Так было с Везувием, неожиданное извержение которого произошло в 79 г. н. э.

На территории России вулканы известны на Камчатке и на Курильских островах (рис. 24). На Камчатке расположено 129 вулканов, из них 28

действующих. Наибольшую известность получил вулкан Ключевская сопка

(высота 4850 м), извержение которого повторяется приблизительно через каждые 7—8 лет. Активно действуют вулканы Авачинский, Карымский,

Безымянский. На Курильских островах насчитывают до 20 вулканов, из которых около половины действующих.

Потухшие вулканы на Кавказе — Казбек, Эльбрус, Арарат. Казбек,

например, еще действовал в начале четвертичного периода. Его лавы во

многих местах покрывают район Военно-Грузинской дороги. В пределах Витимского нагорья также обнаружены потухшие вулканы.

Извержения вулканов происходят по-разному. Это в большой мере зависит от типа магмы, которая извергается. Кислая и средняя магмы, будучи очень вязкими, дают извержения со взрывами, выбросом камней и пепла.

Излияние магмы основного состава обычно происходит спокойно, без взрывов. На Камчатке и Курильских островах извержения вулканов начинаются с подземных толчков, далее следуют взрывы с выбросом водяных паров и излиянием раскаленной лавы.

Извержение, например, Ключевской сопки в 1944—1945 гг. сопро-

вождалось образованием над кратером раскаленного конуса высотой до 1500

м, выбросом раскаленных газов и обломков пород. После этого произошло излияние лавы. Извержение сопровождалось землетрясением в 5 баллов. При извержении вулканов типа Везувия характерно выпадение обильных дождей за счет конденсации водяных паров. Возникают исключительные по силе и грандиозности грязевые потоки, которые, устремляясь вниз по склонам,

приносят огромные разрушения и опустошения. Так же может действовать вода, образовавшаяся в результате таяния снегов на вулканических склонах кратеров; и вода озер, сформировавшихся на месте кратера.