Имеют характер грязевых, водокаменных или грязекаменных потоков. Максимальная высота потока – 20 м; ширина потока – 3-100 м; глубина потока – 1,5- 15 м; протяженность русла – десятки километров; Размеры валунов – 3-10 м; продолжительность прохождения – 1-8ч. По мощности селевые потоки могу быть: катастрофические – вынос более 106 м3; мощные – вынос 100 000-100000 м3; средней мощности – вынос 10 000 – 100 000 м3; слабой (малой) мощности вынос менее 10 000 м3 [25]. Первичные поражающие факторы селей – это быстрое перемещение огромных масс вещества (грязи, воды, камней) по руслам горных рек. (1 м3 селевого потока весит 2 тонны, 1 м3 воды – 1 тонну). Вторичные – разрушение и снос зданий, сооружений, дорог, мостов, водопроводных и канализационных сетей, линий связи и электропередач; размывы; затопление территории; пожары; завалы посевов, садов, пастбищ, магистральных каналов оросительных систем.
Снежнаялавина– снежный обвал, масса снега, падающая или сползающая с горных склонов и увлекающая на своем пути новые массы снега. Скорость сухих лавин достигает 100 м/с, скорость мокрых лавин – 10...20 м/с. Первичными поражающими факторами лавины являются: воздушная ударная волна (вал сжатого воздуха перед фронтом лавины); стремительно передвигающейся по горным склонам плотный поток различных модификаций снега, камней, гальки; смерзшаяся в монолит снеговая масса. Вторичными – разрушения и завалы зданий, дорог, мостов; обрыв линей электропередач, связи; запруживание горных рек.
15.3. Очаг поражения при землетрясении
Очаг поражения (зона чрезвычайной ситуации) – это территория или акватория, на которой в результате возникновения источника чрезвычайной ситуации происходит поражение людей, нарушаются условия безопасности жизнедеятельности или наносится материальный ущерб объектам экономики и окружающей природной среде. Из многочисленных очагов поражения, возникающих в результате различных стихийных бедствий, наиболее значительными по масштабам последствий являются очаги, образующиеся при землетрясениях. Очагом поражения при землетрясении называется территория, в пределах которой произошли массовые разрушения и повреждения зданий, сооружений и др. объектов, сопровождающиеся поражениями и гибелью людей, животных и растений [13]. Очаги массового поражения возникают обычно в районе землетрясения, где его интенсивность 7-8 баллов и более. Большинство зданий получают средние и сильные разрушения.
В районе землетрясения может быть один или несколько очагов поражения. Очаги поражения при землетрясениях по характеру разрушений зданий и сооружений можно сравнить с очагами ядерного взрыва. Оценка возможных масштабов разрушения при землетрясении может быть проведена аналогично оценки разрушений ядерного взрыва, а в качестве критерия берется максимальная интенсивность землетрясения в баллах. Сейсмические волны могут быть продольные и поперечные.
317
Очаг землетрясения (гипоцентрземлетрясения),обычно расположен на глубине А от 8 до 65 км. Если глубина очага землетрясения h неизвестна, то ее принимают равной 20 км. Эпицентромземлетрясенияназывается проекция гипоцентра (очага землетрясения) на поверхность Земли.
Землетрясения могут быть природного и техногенного характера. Основные характеристики землетрясения: магнитудаМ – это амплитуда горизонтального смещения, измеряемая по 9 бальной шкале Рихтера; интенсивностьJ– качественный показатель последствий землетрясения, оценивается по 12 бальной шкале MSK; энергияземлетрясенияЕ, оценивается в джоулях (Дж).
В очаге поражения образуется четыре зоны: полных (избыточное давление Рф = 50кПаи более), сильных (ΔРф =30...50кПа),средних (ΔРф =20...30кПа),сла-
бых разрушений (ΔРф=10...20кПа).
Характер и степень ожидаемых разрушений могут быть определены для различных значений интенсивности землетрясения в баллах и соответствующих им значений избыточного давления в кПа (табл. 15.2).
Основные характеристики землетрясения можно рассчитать по формулам в зависимости от магнитуды [24].
Магнитуда – это логарифм амплитуды максимального смещения грунта в мм на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения.
Таблица 15.2 – Степени разрушения зданий и сооружений в зависимости от интенсивности землетрясения (J, балл) и магнитуды (М, балл)
J, |
Тип землетрясения |
Рф |
балл |
Последствия |
алл |
|
кПа |
|
|
|
|
|
|
|
V |
Умеренное, |
5 |
3 |
Разрушение остекления |
|
|
|
|
|
|
Довольно сильное, |
10 ...20 |
5 |
Среднее разрушение деревянных |
-VI |
сильное |
|
|
зданий, слабые – кирпичных, у лю- |
|
|
|
|
дей легкие травмы |
|
Очень сильные |
30 |
6 |
Сильные – деревянных зданий, сред- |
II |
|
|
|
ние – кирпичных (до 30 км), у людей |
|
|
|
|
легкие травмы (ушибы, ссадины) |
|
Разрушительное |
40 |
6,5 |
Сильные – кирпичных зданий, тре- |
III |
|
|
|
щины в почве, у людей легкие трав- |
|
|
|
|
мы |
|
Опустошительное |
50 |
7 |
Сильные всех, разрыв коммуникаций |
X |
|
|
|
(до 80 км), у людей травмы средней |
|
|
|
|
тяжести |
|
Уничтожающее |
60 |
7,5 |
Обвалы, разрушения магистралей (до |
|
|
|
|
120 км), у людей тяжелые травмы |
|
|
|
|
(переломы черепа, разрывы внутрен- |
|
|
|
|
ностей) |
I-XII |
Катастрофическое |
70-80 |
8-9 |
Изменение рельефа (до 160 км) |
|
|
|
|
Энергия землетрясения Еопределяется по формуле
318
Е=10(5,24+1,44М) |
(15.1) |
где М – магнитуда (измеряется в баллах от 0 до 9 по шкале Рихтера). Интенсивность землетрясения зависит от магнитуды, измеряется в баллах от 1 до 12 и находится из выражения
J=1.5(M-1). (15.2)
Интенсивность землетрясения на расстоянии R от эпицентра рассчитывается по формуле
JR 1,5M 3,5lg |
R2 h2 |
3 |
(14.10) |
где h– глубина очага (в расчетах принимается h=20 км).Расстояние от эпицентра, на котором возможно возникновение колебаний определенной интенсивности, рассчитывают по формуле
R h |
100,57(Jo JR ) 1, |
(15.3) |
где Jo– максимальная интенсивность в эпицентре землетрясения, балл; JR– интенсивность землетрясения на расстоянии R, балл.
Время прихода поверхностных сейсмических волн можно определить по формуле
t1 =h/υnp+R/υпов |
(15.4) |
где υnp – скорость распространения продольных волн, км/с (υnp =6,9 км/с– гранит; υnp =6,1– осадочные породы);
υпов – скорость распространения поверхностных волн, км/с (υпов= 5,6км/с– гранит; υпов =4,0– известняк; υпов = 1,5– щебень, гравий, галька; υпов = 1,0– песчаный грунт; υпов =0,35 – насыпной грунт).
Время прихода продольных сейсмических волн на расстояние Rопределяется из выражения
t2 |
|
R h2 |
. |
(15.5) |
|
2 |
|||||
vпр |
|||||
|
|
|
|
Степень разрушения зданий и сооружений в зависимости от интенсивности землетрясения (J,балл) и магнитуды (М, балл) определяется по справочным таблицам (табл. 15.2).
Оценка устойчивости объекта к воздействию сейсмической волны заключается в выявлении основных элементов объекта (цехов, участков производства, систем), от которых зависит его функционирование и выпуск необходимой
319
продукции; определении предела устойчивости каждого элемента, сопоставле- ния найденного предела устойчивости объекта с ожидаемым максимальным значением сейсмической волны и выводах о его устойчивости (табл. 15.3).
Таблица 15.3 – Степень ожидаемых разрушений объектов при землетрясении
|
Характеристика зданий и сооружений |
|
Разрушения, баллы |
|
|
|
|
слабые |
средние |
сильные |
полные |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1. |
Массивные промышленные здания с метали-ческим кар- |
VII - VIII |
VIII - IX |
IX-X |
Х-XII |
касом и крановым оборудованием грузоподъемностью 25- |
|
|
|
|
|
50 т |
|
|
|
|
|
2. |
Здания с легким металлическим каркасом и бескаркасной |
VI - VII |
VII - VIII |
VIII - IX |
IXXII |
конструкции |
|
|
|
|
|
3. |
Промышленные здания с металлическим каркасом и бе- |
VI-VII |
VII - VIII |
VIII - IX |
IX-X |
тонным заполнением с площадью остекления 30% |
|
|
|
|
|
4. |
Промышленные здания с металлическим каркасом и |
VI - VII |
VII - VIII |
VIII - IX |
IX-X |
хрупким заполнением стен и крыши |
|
|
|
|
|
5. |
Здания из сборного железобетона |
VI - VII |
VII - VIII |
VIII - IX |
VIII - XI |
6. |
Кирпичные бескаркасные производственно- |
VI - VII |
VII - VIII |
VIII - IX |
IXXI |
вспомогательные одно- и многоэтажные здания с перекры- |
|
|
|
|
|
тием (покрытием) из железобетонных сборных элементов |
|
|
|
|
|
7. |
Кирпичные бескаркасные производственно- |
VI |
VI - VII |
VII - VIII |
VIII - XII |
вспомогательные одно- и многоэтажные здания с перекры- |
|
|
|
|
|
тием из деревянных элементов |
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 15.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
8. |
Административные многоэтажные здания с металличе- |
VII - VIII |
VIII - IX |
IX-X |
Х- XI |
ским или железобетонным каркасом |
|
|
|
|
|
9. |
Кирпичные малоэтажные здания (1...3 этажа) |
VI |
VI - VII |
VII - VIII |
VIII - IX |
10. Кирпичные многоэтажные здания (3 и 5олее этажей) |
VI |
VI - VII |
VII - VIII |
VIII - IX |
|
11. Складские кирпичные здания |
V-VI |
VI - VIII |
VIII - IX |
IX-X |
|
12. Трубопроводы на металлических или железо-бетонных |
VII - VIII |
VIII - IX |
IX-X |
Х-XII |
|
эстакадах |
|
|
|
|
|
Минимальныйпределустойчивостиэлементов объекта (зданий и соору-
жений) к сейсмической волне выбирается из табл. 15.3 по нижней границе диапазона средних разрушений (выделено жирным шрифтом), а объекта а целом – по минимальному пределу входящих в его состав элементов [13].
Пример15.1.Магнитуда в эпицентре землетрясения по шкале Рихтера М = 9баллов.На объекте, расположенном в 10 км от эпицентра, имеются массивные промышленные здания с металлическим каркасом и крановым оборудованием грузоподъемностью 25-50 т (позиция №1, табл. 15.3), складские кирпичные здания (позиция №11), трубопроводы на металлических и железобетонных эстакадах (позиция №12).
Определить характер разрушения объектов при землетрясении определенной интенсивности. Рассчитать энергию землетрясения.
Решение. Определим энергию землетрясения по формуле (15.1):
320
10
-при К>2 |
22 |
|
|
(15.7) |
|||
P |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||
K( lgK 29,8K3 0,158) |
|||||||
|
|
|
|||||
|
где К– относительная величина; |
|
|||||
|
|
K=0,24(R/R1), |
(15.8) |
||||
где R–расстояние от центра взрыва до точки, где определяется избыточное давление, м;
R1 –радиус зоны детонационной волны, м,
R1 =17,5·3 Q , |
(15.9) |
где Q–количество взрывоопасной смеси (углеводородного газа) в емкости, т.
Пример 15.2. Расстояние от емкости до цеха R = 600 м. Определить избыточное давление ударной волны в районе механического цеха при взрыве емкости с бутаном Q = 100 т, определить соответствующий балл по шкале интенсивности землетрясения и оценить характер разрушения объектов №1,11,12 (см. табл. 15.3).
Решение. Определим коэффициент K по формуле (15.8)
K= 0,24 (R/R1) = 0,24 (600/17,53
100) = 1,8<2
Найдем избыточное давление ударной волны ΔPкПа по формуле (15.6), т.к. K < 2:
P |
|
700 |
|
20кПа |
|
|
|
|
|
||
3( |
1 29,8 1,83 1) |
||||
Соотношение в баллах интенсивности землетрясения для избыточного давления АР определим по табл. 15.2.
Избыточному давлению Р= 20 кПа соответствует VI баллов по шкале интенсивности землетрясений.
Определим характер разрушения объектов. Занесем исходные и полученные данные в табл. 15.5.
Таблица 15.5 – Результаты разрушения объекта от землетрясения техногенного характера
|
|
|
|
ных случаях образуются |
|
|
|
|
брызги |
6 |
|
|
Качаются толстые сучья |
Начинают образовывать- |
|
Сильный бриз |
0,8-13,8 |
деревьев, гудят провода |
ся крупные волны. Белые |
|
|
|
|
пенистые гребни зани- |
|
|
|
|
мают значительные |
|
|
|
|
площади, вероятны |
|
|
|
|
брызги |
7 |
|
|
Качаются стволы деревь- |
Волны громоздятся, |
|
Крепкий ветер |
3,9-17,1 |
ев, идти против ветра |
гребни срываются, пена |
|
|
|
трудно |
ложится полосами по |
|
|
|
|
ветру |
8 |
|
|
Ветер ломает сучья де- |
Умеренно высокие длин- |
|
Очень крепкий |
7,2-20,7 |
ревьев, идти против ветра |
ные волны. По краям |
|
ветер (буря) |
|
очень трудно |
гребней начинают взле- |
|
|
|
|
тать брызги. Полосы пе- |
|
|
|
|
ны ложатся рядами по |
|
|
|
|
ветру |
9 |
|
|
Небольшие повреждения, |
Высокие волны. Пена |
|
Шторм (силь- |
0,8-24,4 |
ветер срывает дымовые |
широкими, плотными |
|
ная буря) |
|
колпаки и черепицу |
полосами ложится по |
|
|
|
|
ветру. Гребни волн оп- |
|
|
|
|
рокидываются и рассы- |
|
|
|
|
паются в брызги |
10 |
|
|
Значительные разрушения |
Очень высокие волны с |
|
Сильный |
4,5-28,4 |
строений, деревья выры- |
длинными загибающи- |
|
шторм (полная |
|
ваются с корнем |
мися вниз гребнями. Пе- |
|
буря) |
|
|
на выдувается боль- |
|
|
|
|
шими хлопьями. Поверх- |
|
|
|
|
ность моря белая от пе- |
|
|
|
|
ны. Грохот волн подо- |
|
|
|
|
бен ударам. Видимость |
|
|
|
|
плохая. |
11 |
Жесткий |
|
Большие разрушения на |
Исключительно высокие |
|
шторм |
8,5-32,6 |
значительном пространст- |
волны. Суда временами |
|
|
|
ве |
скрываются из вида. |
|
жесткая буря) |
|
|
Края волн сдуваются в |
|
|
|
|
пену. Видимость плохая |
12 |
Ураган |
|
Тяжелые предметы пере- |
Воздух наполнен пеной |
|
|
2,7 и более |
носятся ветром на значи- |
и брызгами. Море все |
|
|
|
тельные расстояния |
покрыто полосами пены. |
Атмосферные фронты и атмосферные вихри порождают грозные природные явления, классификация которых приведена на рис. 15.3.
Бурив зависимости от времени года и состава вовлеченных в воздух частиц могут быть: пыльные; беспыльные; снежные (пурга, буран, метель); шквальные.
По цвету и составу пыли бури бывают черные (чернозем); бурые, желтые (суглинки, супеси); красные (суглинки с окислами железа); белые (соли).
Рис. 15.3. Природные опасности метеорологического характера [28]
По времени действия – кратковременные (минуты) с небольшим ухудшением видимости; кратковременные (минуты) с сильным ухудшением видимости; длительные (часы) с сильным ухудшением видимости. По температуре и влажности бывают горячие; холодные; сухие и влажные бури.
Смерч(торнадо) – чрезвычайно быстро вращающаяся воронка, свисающая из кучево-дождевого облака и наблюдающаяся как «воронкообразное облако» или «труба». Малые смерчи короткого действия проходят путь менее километра. Малые смерчи значительного действия проходят путь в несколько километров. Крупные смерчи проходят путь в десятки километров
15.5. Очаг поражения при ураганах
Основным поражающим фактором бури или урагана является ветровой напор, давление которого может превышать 59 кПа и приводить к значительным разрушениям зданий и сооружений.
Удельное давление ветрового напора при различных скоростях ветра характеризует силу урагана (табл. 15.7).
Таблица 15.7 – Давление ветрового напора
Скорость ветра, υ, м/с |
Давление ветрового напора, РФ,кПа |
25 |
меньше 10 |
33 |
10...20 |
44-50 |
20...30 |
больше 50 |
50 и более |
Степени разрушений (слабая, средняя, сильная, полная) даны в табл. 15 8 в зависимости от скорости ветра для различных зданий и сооружений [24].
325
Таблица 15.8 – Степени разрушения зданий и сооружений при ураганах
Объекты |
|
|
|
|
|
Степень разрушения объекта |
||||
|
Слабая |
|
Средняя |
|
Сильная |
|
Полная |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Скорость ветра, м/с |
|
|
||||
Промышленные здания с легким |
|
|
|
30 |
...50 |
|
50 |
...70 |
|
|
металлическим каркасом |
5... |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
более 70 |
Здания малоэтажные кирпичные |
0 |
25 |
|
5 |
40 |
|
0..60 |
|
более 60 |
|
|
|
|
|
|||||||
Здания многоэтажные кирпичные |
0 |
25 |
|
5 |
35 |
|
5 |
50 |
|
более 50 |
|
|
|
|
|||||||
Складские помещения кирпич- |
25... |
30 |
|
30... |
45 |
|
45... |
55 |
|
|
ные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
более 55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наземные резервуары |
30... |
40 |
|
40... |
55 |
|
55... |
70 |
|
более 60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Крановое оборудование |
35... |
40 |
|
40... |
55 |
|
55... |
65 |
|
более 65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Линии электропередач |
|
25... |
30 |
30... |
45 |
|
|
45...60 |
|
более 60 |
Трубопроводы наземные |
|
35... |
45 |
45... |
60 |
|
|
60... |
|
Более 80 |
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
Структура потерь населения в разрушенных зданиях при бурях и ураганах приведена в табл. 15.9.
Таблица 15.9 – Структура потерь населения в разрушенных зданиях, %
Структура потерь |
Степени разрушения зданий и сооружений |
|
||
|
слабая |
средняя |
сильная |
полная |
|
|
|||
Общие |
|
0 |
06 |
00 |
|
|
|||
Безвозвратные |
|
|
15 |
0 |
|
|
|
||
Санитарные |
|
2 |
45 |
0 |
|
|
|||
Пример15.3.Ожидается ураган с максимальной скоростью ветра 45 м/с. На объекте имеются многоэтажные и одноэтажные кирпичные здания, количество людей в зданиях 500 человек. Определить воздействие урагана на здания и возможные потери людей.
Решение. Определим степень разрушения зданий на объекте по табл. 15.8 - ураган со скоростью ветра 45 м/с вызовет сильные разрушения одноэтажных и многоэтажных кирпичных зданий.
Определим возможные потери людей, находящихся в зданиях, по табл. 15.9 - при сильных разрушениях общие потери составят 60% (300 чел), го них безвозвратные потери 15% (75 чел) и санитарные потери 45% (225 чел).
Вывод. От урагана здания могут получить сильные разрушения, что приведет к гибели 75 чел и травмам у 225 чел.
326