Оценка обстановки при чрезвычайных ситуациях природного характера

Прогнозирование и оценка обстановки при землетрясениях

Основными характеристиками землетрясений являются магнитуда и интенсивность.

Интенсивность землетрясения определяется величиной колебаний грунта на поверхности земли. Интенсивность в разных пунктах наблюдения различна, однако магнитуда у толчка только одна.

Землетрясения в зависимости от интенсивности колебаний грунта на поверхности земли классифицируются следующим образом: слабые (1-3 балла); умеренные (4 балла), довольно сильные (5 баллов); сильные (6 баллов); очень сильные (7 баллов); разрушительные (8 баллов); опустошительные (9 баллов); уничтожающие (10 баллов); катастрофические (11 баллов); сильно катастрофические (12 баллов).

Интенсивность землетрясения J(R) определяется по формуле

7(7?) = 3 + 1,5М - 3,51g л//?2 + Л2 (2.1)

где R - расстояние от эпицентра землетрясения, км; h - глубина гипоцентра землетрясения, км; М- магнитуда землетрясения,

М =lgZm-1,321g А,

где Z,n - амплитуда земных колебаний, мкм.

Реальная интенсивность (/реал) землетрясения и степень разрушений зданий и сооружений будут зависеть от типа грунта как под застройкой, так и на окружающей местности:

Уреш=ДЯ)-(Д/„осг-Д/(>.„), (2-2)

где Д/пост - приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построено здание; Д/0.м - приращение балльности для грунта в окружающей местности (табл. 2.1).

Все здания и типовые сооружения традиционной постройки (без проведения антисейсмических мероприятий) подразделяются на три группы, каждой из которых свойственна определенная сейсмостойкость (табл. 2.2).

Таблица. 2.1

Значения Д/Пост - А/о.м

Грунты

^AlOCT ^А>.м

Г рунты

Д7110С1 А/()М

Гранит

0

Песчаные

1,6

Известняк

0,52

Глинистые

1,61

Щебень, гравий

0,92

Насыпные рыхлые

2,6

Полускальные

1,36

Таблица 2.2

Классификация зданий и сооружений по сейсмостойкости (,/с)

Группа

Характеристика зданий

Jc, баллы

А

А1

Здания со стенами из местных строительных материалов: глинобитные без каркаса; саманные или из сырцового кирпича без фундамента; выполненные из скатанного или рваного камня на глиняном растворе и без регулярной (из кирпича или камня правильной формы) кладки в углах и т.п.

4

А2

Здания со стенами из самана или сырцового кирпича; с каменными, кирпичными или бетонными фундаментами; выполненные из рваного камня на известковом, цементном или сложном растворе с регулярной кладкой в углах; выполненные из пластового камня на известковом, цементном или сложном растворе; выполненные из кладки типа «мидис»; здания с деревянным каркасом с заполнением из самана или глины, с тяжелыми земляными или глиняными крышами; сплошные массивные ограды из самана или сырцового кирпича и т.п.

4,5

Б

Б1

Здания с деревянным каркасом с заполнением из самана или глины и легкими перекрытиями

5

Б2

Типовые здания из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе: сплошные ограды и стенки, трансформаторные киоски, силосные и водонапорные башни

5,5

В

В1

Деревянные дома, рубленные «в лапу» или «в обло»

6

В2

Типовые железобетонные, каркасные, крупнопанельные и армированные крупноблочные дома; железобетонные сооружения: силосные и водонапорные башни, маяки, подпорные стенки, бассейны и т.п.

6.5

С

С7

Типовые здания и сооружения всех видов (кирпичные, блочные, панельные, бетонные, деревянные, щитовые и др.) с проведением антисейсмических мероприятий для расчетной сейсмичности 7 баллов

7

С8

То же 8 баллов

8

С9

То же 9 баллов

9

Примечание. При сочетании в одном здании признаков двух или трех типов здание в целом следует относить к слабейшему из них.

Состояние зданий и сооружений после землетрясения оценивается степенью повреждения 1 (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Степени (/) разрушений зданий при землетрясениях

/

Характеристика повреждений

0

Отсутствие видимых повреждений

Сотрясение здания в целом; сыплется пыль из щелей, осыпаются чешуйки побелки

1

Слабые повреждения

Слабые повреждения материала и неконструктивных элементов здания: тонкие трещины в штукатурке; откалывание небольших кусков штукатурки; тонкие трещины в сопряжениях перекрытий со стенами и стенового заполнения с элементами каркаса, между панелями, в разделке печей и дверных коробок; тонкие трещины в перегородках, карнизах, фронтонах, трубах. Видимые повреждения конструктивных элементов отсутствуют

Для ликвидации повреждений достаточно текущего ремонта здания

2 Умеренные повреждения

Значительные повреждения материала и неконструктивных элементов здания, падение пластов штукатурки, сквозные трещины в перегородках, глубокие трещины в карнизах и фронтонах, выпадение кирпичей из труб, падение отдельных черепиц. Слабые повреждения несущих конструкций: тонкие трещины в несущих стенах, незначительные деформации и небольшие отколы бетона или раствора в узлах каркаса и в стыках панелей

Для ликвидации повреждений необходим капитальный ремонт здания

3 Тяжелые повреждения

Разрушения неконструктивных элементов здания: обвалы частей перегородок, карнизов, фронтонов, дымовых труб. Значительные повреждения несущих конструкций: сквозные трещины в несущих стенах, значительные деформации каркаса, заметные сдвиги панелей, выкрашивание бетона в узлах каркаса

Возможен восстановительный ремонт здания

4 Частичное разрушение

Частичные разрушения несущих конструкций: проломы и вывалы в несущих стенах; разрывы стыков и узлов каркаса; нарушение связей между частями здания; обрушение отдельных панелей перекрытия; обрушение крупных частей здания

Здание подлежит сносу

5 Обвал

Обрушение несущих стен и перекрытия, полное обрушение здания с потерей его формы

Примечание. В зданиях, возведенных с проведением антисейсмических мероприятий, при оценке степени повреждения учитываются только повреждения несущих элементов конструкций.

Люди, находящиеся в момент землетрясения внутри зданий, поражаются преимущественно обломками строительных конструкций. Вероятность общих (р°ощ) и безвозвратных (Рбезв) потерь в зависимости от степени повреждения зданий представлена в табл. 2.4.

Вероятность общих (Р/оош) и безвозвратных (Р,бе1В)

Вероятность потерь

Степень разрушения здания (/)

0, 1,2

3

4

5

р общ

0

0,05

0,5

0,95

р безв

0

0,01

0,17

0,65

Для группы однотипных зданий в зависимости от их сейсмостойкости Jc и реальной интенсивности землетрясения Уреал может быть найдена осредненная степень разрушения (табл. 2.5), которая используется для приближенной оценки потерь населения, находящегося в этих зданиях, по данным табл. 2.4.

Таблица 2.5

Зависимость осредненной степени разрушения однотипных зданий (Zcp) от приведенной интенсивности (Jpcajl - Jc) землетрясения

Joeaji Jc

0

1

2

3

4

5

6

Лр_______

0,1

0,50

1,5

2,5

3,5

4,5

4,9

Так как степени разрушения зданий тоже являются случайными величинами (табл. П1.16), более точно потери населения с учетом данных табл. 2.4 следует оценивать по их математическим ожиданиям. Для этого сначала вычисляются вероятности людских потерь различных видов (структура потерь) по указанным ниже формулам.

Вероятность общих потерь населения:

Робщ =О,О5Р/=3 +0,5Р/=4 + 0,95Р/=5; (2.3)

Вероятность безвозвратных потерь населения:

Рбезв =0,01Р/=3 +0,17Р/=4 +0,65Р/=5; (2.4)

Вероятность санитарных потерь населения:

рсш _ у>общ _ рбезк рсан _ у^общ _ рбеза (2 5)

где Р/ = 3...5 - вероятность получения зданиями степеней поражения от 3 до 5 (см. табл. 2.4).

Далее, учитывая, что по своей физической сущности величины Р0, р66313 и р0311 представляют собой относительные потери населения, под которыми понимают отношение численности пострадавшего населения (по видам поражения) в зданиях к его общей численности в них, определяют абсолютные потери населения в зданиях при землетрясении по формулам ууобщ _ робщ . N , уубезв _ рбезв . , д^саи _ д^общ . д^безв , (2.6)

где бщ, N6™, Ман - абсолютные общие, безвозвратные и санитарные потери; N3a - численность населения, находящегося в зданиях.

Пример 12. Населенный пункт с числом жителей N = 50 000 человек, расположенный на песчаном грунте и имеющий бескаркасные здания из местного материала без фундамента, малоэтажные кирпичные здания (до 4 этажей), а также крупнопанельные здания, построенные на полускальных грунтах, оказался в зоне действия землетрясения магнитудой 7 баллов по шкале Рихтера, эпицентр которого находился в 50 км от населенного пункта, а гипоцентр - на глубине // = 30 км.

Определить степень разрушения зданий и потери среди населения города.

Решение

  • 1. По формуле (2.2) определяем интенсивность землетрясения J(R):
  • 7(7?) = 3 + 1,5-7-3,5 lgV502+302 =7,3 (балла).
  • 2. Для определения реальной интенсивности землетрясения, степень разрушения зданий и сооружений и людские потери в зависимости от типа грунта используем формулу (2.2).

Бескаркасные здания из местного материала без фундамента на песчаном грунте

Так как грунт, на котором построены эти здания, и грунт окружающей местности одинаков, то приращение балльности Д/Пост и Д/0.м (см. табл. 2.1) одинаково и для песчаного грунта составляет 1,6, поэтому

/реал = 7,3 - (1,6 - 1,6) = 7,3 (балла).

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости /с = 4 (см. табл. 2.2), тогда /реал - Л = 7,3 - 4 = 3,3 и согласно табл. 2.5 /ср = 2,8. При / = /ср = 2,8 ~ 3 вероятность общих потерь населения в домах рассматриваемого типа при условии, что все дома получат третью степень разрушения, по данным табл. 2.4 составит: Р^ = 0,05, а безвозвратных - Р^р* =0,01.

Для более точного определения структуры потерь населения по табл. П1.16 по разности величин 7pe;u] - Л = 3,3 (принимаем 7реал - Jc й 3) находим вероятность возникновения различных степеней повреждения зданий: для первой степени Р1=1 =0,1; для второй степени Р1=2 = 0,3; для третьей степени Р1=3 = 0,5 и для четвертой степени Р1=4 =0,1. Далее по формулам (2.3) - (2.5) находим структуру потерь:

Р°бщ = 0,05-0,5 + 0,5 • 0,1 = 0,075;

Рб = 0,01-0,5 + 0,17 • 0,1 = 0,022;

Лан = 0,075-0,022 = 0,053.

Примем для определенности, что землетрясение произошло ночью, когда 94 % населения (табл. П1.9) находится в жилых домах, и в бескаркасных зданиях из местных материалов проживает 20 % жителей этого населенного пункта (N3a = 0,94 • 0,2 -50 000 = 9400 человек). Тогда по формулам (2.6) получим:

2У°бщ = 0,075 • 9400 = 705 (чел.);

N6™ = 0,022 • 9400 = 207 (чел.);

Л^ан = 705 - 207 = 498 (чел.).

Кирпичные малоэтажные здания на полускалъных грунтах

Так как грунт, на котором построены эти здания, полускальный, то приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построено здание, составляет Д7П0СТ= 1,36 (см. табл. 2.1), а приращение балльности для песчаного грунта в окружающей местности Д70 м составляет 1,6, поэтому

Треал = 7,3 - (1,36 - 1,6) = 7,54 (балла).

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости Jc = 5,5 (см. табл. 2.2), тогда 7реал - Л = 7,54 - 5,5 = 2,04, и согласно табл. 2.5 /ср =1,5. При I = /ср = 1,5 < 2 вероятности общих и безвозвратных потерь населения в домах рассматриваемого типа при условии, что все дома получат разрушения не более 2-й степени, по данным табл. 2.4 составят Р^щ = 0 и Р2 = 0, т.е. люди не пострадают.

В соответствии с табл. П1.16 по разности величин 7реал - Jc = 2,04 (принимаем 7реал-Л ~ 2) находим вероятность возникновения различных степеней повреждения зданий: для первой степени Р1=1 = 0,3; для второй степени Р1=2 = 0,5; для третьей степени Р1=3 =0,1.

Крупнопанельные здания, построенные на полускальных грунтах

Так как грунт, на котором построены эти здания, полускальный, то приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построено здание, составляет Д/пост= 1,36 (см. табл. 2.1), а приращение балльности для песчаного грунта в окружающей местности Д/о.м составляет 1,6, поэтому

•/реал = 7,3 - (1,36 - 1,6) = 7,54 (балла).

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости Jc = 6,5 (см. табл. 2.2), тогда Jpeajl - Jc = 7,54 - 6,5 = 1,04 и согласно табл. 2.5 /ср = 0,5. При I = /ср = 0,5 < 2 люди не пострадают (см. табл. 2.4).

Легко убедиться в том (табл. П1.16), что при Jpea}1 - Jc = 1,04 40 % зданий рассматриваемого типа вообще не получат повреждений, у 50 % зданий будут повреждения первой степени, 10 % - второй.

Таким образом, наибольшую опасность представляют бескаркасные здания без фундамента из местных материалов, жители которых могут серьезно пострадать.

Варианты исходных данных для задач по прогнозированию последствий землетрясений приведены в табл. П2.9.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >