Визначення характеристик небезпечних геологічних процесів (землетрусу)

Землетруси – це підземні удари та коливання поверхні Землі, спричинені природними причинами. Область виникнення підземного удару – осередок землетрусу – представляє певний об'єм у товщі Землі, в межах якого відбувається процес вивільнення енергії, що накопичується тривалий час. Ця енергія вивільняється при майже миттєвому переміщенні мас. У центрі осередку умовно виділяється точка, іменована гіпоцентром. Проекцію гіпоцентру на поверхню землі називають епіцентром. Від осередку в усі боки поширюються пружні сейсмічні хвилі, серед яких розрізняють поздовжні й поперечні.

Поздовжні хвилі - це перенесення стиснення та розтягнення в напрямку поширення, поперечні - коливання частинок, що відбуваються перпендикулярно напрямку поширення хвилі. Швидкість поздовжніх хвиль більше поперечних. У результаті заломлення та відбивання в неоднорідному середовищі поблизу поверхонь розділу виникають поверхневі хвилі, які поширюються поверхнею Землі в усі боки від епіцентру – сейсмічні хвилі.

Мірою загальної енергії хвиль служить магнітуда землетрусу (М) – деяка умовна величина, пропорційна логарифму максимальної амплітуди зсуву частинок ґрунту. Ця величина визначається з спостережень на сейсмічних станціях, через амплітуду Z_m (мкм) поверхневої хвилі та відстані R (км), до епіцентру землетрусу за формулою:

M = lgZ_m– 1,32R ,

і виражається у відносних одиницях. Найдужчий землетрус має магнітуду не більше 9.Енергія, що виділяється при землетрусі визначається за співвідношенням:

Е=10^{(5,24+1,44М)}, Дж.

Силу землетрусу оцінюють за інтенсивністю руйнувань на поверхні Землі. Для характеристики струсів використовують різні шкали інтенсивності землетрусівЕМS-98 (ЕС), ММ (США),SНІNDO (Японія),MSK-64(країни СНД).

Основними оціночними параметрами землетрусу є:

• інтенсивність землетрусу на відстані R від епіцентру,І_R;

• реальна інтенсивність землетрусу, що враховує тип ґрунту під забудовою,І'_R;

• час приходу поздовжніх сейсмічних хвиль, t_І;

• час приходу поверхневих сейсмічних хвиль, t_ІІ;

• інтервал часу від початку першої фази землетрусу до початку другої (головної) фази Δt;

• імовірність загальних, , незворотних,, та санітарних втрат,;

• потенційні втрати населення в будинках, N_пот.

Вихідні дані для розрахунку включають:

- М – магнітуда землетрусу;

- Н– глибина гіпоцентру, км;

- R– відстань від епіцентру, км;

- N– кількість людей у будинку, чол.;

- конструкція будинку;

- тип ґрунту під будинком;

- тип ґрунту поза будинком.

Послідовність оцінки наслідків землетрусу є наступною:

1. Визначити інтенсивність землетрусу на відстані R від епіцентру І_R, бали. Для однорідного ґрунту вона визначається за формулою:

.

2. Визначити реальну інтенсивність землетрусу, що враховує тип ґрунту під забудовою І'_R, бали:

,

Де ΔI_з – збільшення бальності для ґрунту, на якому побудований будинок у порівнянні з гранітом; ΔI_м – збільшення бальності для ґрунту оточуючої місцевості. Значення ΔI_з (Δ I_м) для різних ґрунтів наведені в таблиці 1.1. додатку 1.

3. За реальною інтенсивністю землетрусу I'_R, в балах, користуючись шкалою інтенсивності землетрусу MSK-64 (табл. 1.2 дод. 1), визначити тип землетрусу та його характеристику.

4. За конструктивними даними будинку визначити його тип та сейсмостійкість, I_с, бали, які наведені у таблиці 1.3. додатку 1.

5. Визначити ймовірність та ступінь ушкодження будинку за таблицею 1.4. додатку 1.

Ступені ушкодження будинків мають наступні характеристики:

0 – ушкодження відсутні;

1 – слабкі ушкодження (тріщини в штукатурці, між панелями, відколювання невеликих шматків штукатурки). Усуваються косметичним ремонтом.

2 – помірні ушкодження (відколювання великих шматків штукатурки, наскрізні тріщини в перегородках, слабкі ушкодження несучих стін). Необхідний капітальний ремонт.

3 – важкі ушкодження (руйнування огороджувальних конструкцій значна деформація каркасів, обвалення димарів). Необхідний відбудовний ремонт.

4 – руйнівні ушкодження (часткове руйнування несучих конструкцій, порушення зв'язків між частинами будинку, обвалення великих частин будинку). Будинок не відновлюється і підлягає зносу.

5 – повне руйнування будинку.

6. Визначити час приходу поздовжніх сейсмічних хвиль – І фаза землетрусу, t_І, с:

,

та час приходу поверхневих (найбільш небезпечних) сейсмічних хвиль – II фаза землетрусу, t_ІІ, с:

,

де V_повз, V_пов – середня швидкість поширення повздовжніх та поверхневих хвиль, км/с, за табл. 1.5 додатку 1.

7. Визначити інтервал часу від настання першої фази землетрусу до настання другої (головної) фази Δt, c:

∆t = t_ІІ – t_І.

8. Визначити імовірність загальних Р_заг і незворотних (летальних) Р_незв втрат людей залежно від ступеня ушкодження будинків за таблицею 1.6 додатку 1.

Оскільки ймовірність отримання будинками ушкоджень різного ступеня (див. таблицю 1.4 додаток 1) і ймовірність втрат людей (табл. 1.6 додаток 1) є величинами випадковими, то їх слід оцінювати за формулами:

• імовірність загальних втрат:

• незворотних втрат:

• санітарних втрат:

,

де ймовірність отримання будинком ушкоджень відповідного ступеня (табл.1.4 додаток 1).

9.Визначити потенційні загальні, незворотні та санітарні втрати населення в будинкахN_пот за формулою:

,

деN – загальна чисельність людей у будинку,Р_і – ймовірність відповідних втрат.

10. На основі проведених розрахунків зробити висновки щодо відповідності конструкції будинку вимогам норм сейсмостійкого будівництва, визначити заходи попередження втрат та збитків від майбутнього землетрусу.

Вимоги до оформлення практичної роботи:

Завдання оформлюються на стандартних аркушах А-4 та містять:

• конспект лекційного та додаткового матеріалу,

• розрахунки за варіантом.

Порядок зарахування практичної роботи:

Результати індивідуальної роботи студентів з теми обговорюються та виставляються в балах.

Таблиця 1.1- Варіанти для визначення характеристик небезпечних геологічних процесів (землетрусу)

№ варі-анту	М, магні-туда	Тип ґрунту під будинком/ поза будинком	Н– глибина гіпоцентру км	R– відстань від епіцентру, км	Тип будинків і споруд за сейсмостійкістю	N, загальна чисельність людей у будинку
1	1	Граніт/ вапняк	1	10	А1	100
2	2	Вапняк/ Пісок	2	9	А2	200
3	3	Щебень, гравій/вапняк	3	8	Б1	3000
4	4	Напівскельний (гіпс)/ вапняк	4	7	Б2	400
5	5	Піщаний/пісок	5	6	В1	450
6	6	Глинистий/пісок	6	5	В2	500
7	7	Насипний, пухкий/ Пісок	7	4	А1	600
8	6	Граніт/глина	8	3	А2	650
9	5	Вапняк/граніт	9	2	Б1	700
10	5	Гравій/вапняк	10	1	Б2	750
11	5	Піщаний/ глина	33	2	В1	800
12	4	Піщаний/глина	14	3	В2	860
13	4	Граніт/Пісок	15	4	А1	900
14	3	Насипний, пухкий/глина	16	5	А2	950
15	3	Граніт/пісок	17	6	Б1	1010
16	3	Вапняк/глина	18	7	Б2	970
17	2	Щебень/глина	19	8	В1	920
18	2	Напівскельний (гіпс)/пісок	20	9	В2	870
19	2	Піщаний/глина/	6	10	А1	880
20	6	Граніт/граніт	5	11	А2	810
21	6	Насипний, пухкий/граніт	4	12	Б1	760
22	6	Граніт/глина	3	13	Б2	730
23	5	Вапняк/пісок	2	14	В1	680
24	5	Щебень/глина	1	15	В2	630
25	5	Напівскельний (гіпс)/глина	5	16	А1	580

Список літератури:

1. Желібо Є. П., Заверуха Н. М., Зацарний В. В. Безпека життєдіяльності. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів освіти України I-IV рівнів акредитації/ за ред. /Є. П. Желібо- К.: "Каравела", 2004. – 328 с.

2. Джигирей В.С., Жидецький В.Ц. Безпека життєдіяльності. - Підручник .-Львів:Афіша,2001.-256 с.

3. Яким Р.С. Безпека життєдіяльності людини Навч. посіб. – Львів: Видавництво "Бескид Біт", 2005.– 304 с.

4. Чирва Ю.О., Бабяк О.С. Безпека життєдіяльності Навч. посібник. К.:Аттіка. 2003, - 304 с.

5. Ярошевська В.М., Ярошевський М.М., Москальов І.В. Безпека життєдіяльності. – К.: НМЦ, 1997. – 292 с

6. Сайт, присвячений надзвичайним ситуаціям природного характеру

7. Офіційний сайт Американського вулканологічного товариства http://vulcan.wr.usgs.gov/ (англійською мовою).