ГОСТ Р 53166-2008
(МЭК 60721-2-6:1990)

Группа Т51

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воздействие природных внешних условий на технические изделия. Общая характеристика

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Influence of environmental conditions appearing in nature on the technical products. Overall performance. Earthquakes

ОКС 19.060
21.020
ОКП 31 0000-52 0000
60 0000-80 0000
94 0000

Дата введения 2009-07-01

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании" , а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 341 "Внешние воздействия" на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 341 "Внешние воздействия"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 декабря 2008 г. N 605-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 60721-2-6:1990 "Классификация внешних условий. Часть 2. Природные внешние условия. Вибрация и удар землетрясений" (IEC 60721-2-6:1990 "Classification of environmental conditions - Part 2: Environmental conditions appearing in nature - Earthquake vibration and shock") с дополнениями, отражающими потребности национальной экономики (выделены курсивом): уточнением области применения стандарта; введением нового понятия "количественные шкалы интенсивности" и его описания; уточнением описания спектра ответа; введением и описанием понятия "спектр воздействия"; характеристикой стандартов, устанавливающих требования к сейсмостойкости изделий и методам испытаний на сейсмостойкость, и их положительными отличиями от международных.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для проведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (пункт 3.5)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

Введение

Настоящий стандарт входит в комплекс стандартов, определяющих требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части внешних воздействующих факторов.

Настоящий стандарт относится к группе стандартов, описывающих природные внешние условия в справочной форме, пригодной для установления конкретных требований к техническим изделиям; эти требования нормированы в других стандартах указанного комплекса.

Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 60721-2-6:1990 "Классификация внешних условий. Часть 2. Природные внешние условия. Вибрация и удар землетрясений" с дополнениями, указанными в предисловии.

Стандарты МЭК, устанавливающие условия эксплуатации, транспортирования и хранения изделий, объединены Публикацией МЭК 60721 "Классификация внешних условий", состоящей из трех частей:

60721-1 "Внешние параметры и их жесткости";

60721-2 "Природные внешние условия". Эта часть состоит из нескольких стандартов - глав, обобщающих сведения о действии различных климатических факторов;

60721-3 "Классификация групп внешних параметров и их жесткостей". Эта часть состоит из нескольких стандартов - глав для различных групп изделий (защищенных и не защищенных от воздействия наружного климата стационарных изделий, а также переносных, передвижных наземных и судовых, транспортируемых, хранящихся), устанавливающих климатические классы условий эксплуатации, их привязку к типам климатов по МЭК 60721-2-1 , а также классы по воздействию других видов внешних факторов (например, механическому, биологическому и воздействию агрессивных сред).
________________
Стандарт МЭК 60721-2-1:2002 "Классификация внешних условий. Часть 2. Природные внешние условия. Температура и влажность" (IEC 60721-2-1:2002 "Classification of environmental conditions - Part 2: Environmental conditions appearing in nature - Temperature and humidity"); соответствие между типами климатов по МЭК 60721-2-1 и типами климатов и макроклиматов - по ГОСТ 15150-69 , приложение 12.

Стандарты МЭК серии 60721 (последние издания) устанавливают требования к изделиям в зависимости от условий их эксплуатации, транспортирования и хранения. До разработки стандартов МЭК серии 60721 подобные требования были установлены стандартами испытаний, например серии 60068, в виде параметров испытательных режимов в отрыве от условий эксплуатации.

Однако, несмотря на принципиально правильный подход к требованиям в части внешних воздействующих факторов, стандарты МЭК в конкретных технических решениях обладают рядом недостатков, что требует их корректировки.

Эти недостатки являются одной из причин того, что указанные стандарты МЭК пока не использованы соответствующими техническими комитетами МЭК для введения в стандарты МЭК на группы изделий (из серии 60721 не введен практически ни один, стандарты МЭК серии 60068 не введены в стандарты на сильноточные и крупногабаритные изделия).

Таким образом, в настоящее время невозможно полное использование стандартов МЭК по внешним (и, в частности, по климатическим) воздействиям в качестве национальных и межгосударственных стандартов стран Содружества независимых государств.

Настоящая часть МЭК 60721 предназначена для использования как основополагающий материал при выборе требуемых жесткостей параметров, относящихся к землетрясениям, применительно к техническим изделиям.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на машины, приборы и другие технические изделия всех видов (далее - изделия). Настоящий стандарт устанавливает описание явления землетрясения как природного внешнего фактора и приводит способы преобразования этого описания применительно к возможности установления требований к сейсмостойкости изделий и к методам испытаний изделий на сейсмостойкость.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 17516.1-90 Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения

ГОСТ 26883-86 Внешние воздействующие факторы. Термины и определения

ГОСТ 30546.1-98 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям и методы расчета их сложных конструкций в части сейсмостойкости

ГОСТ 30546.2-98 Испытания на сейсмостойкость машин, приборов и других технических изделий. Общие положения и методы испытаний

ГОСТ 30546.3-98 Методы определения сейсмостойкости машин, приборов и других технических изделий, установленных на месте эксплуатации, при их аттестации или сертификации на сейсмическую безопасность

ГОСТ 30631-99 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам при эксплуатации

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

____________________

3.1 В настоящем стандарте применены термины, относящиеся к общим понятиям, в областях:

- внешних воздействующих факторов (далее - ВВФ) - по ГОСТ 15150 , ГОСТ 26883 ;

- вибрации - по ГОСТ 24346 ;

- сейсмостойкости - по ГОСТ 30546.1 .

3.2 Термины, используемые в настоящем стандарте, в основном определены в настоящем разделе. Дополнительные пояснения к этим терминам приведены в приложении А.

3.2.1

Примечание - Наименование термина в некоторых научных работах - спектр реакции; нормативных документах (до 1990 г.) - "спектр отклика".

3.2.2 спектр воздействия: Совокупность абсолютных значений максимальных амплитуд ускорения, скорости или перемещения при соответствующих частотах синусоидальной вибрации, воздействующих на изделие.

Примечание - Спектр воздействия выражают в форме зависимости между максимальной амплитудой синусоидальной вибрации и частотой.

3.2.3 спектр воздействия землетрясения: Спектр воздействия, для которого спектр ответа является спектром ответа акселерограммы землетрясения.

Примечание - Как правило, спектр воздействия землетрясения базируется на спектре ответа, соответствующем 5%-ному относительному демпфированию.

3.2.4 осциллятор: Линейно-упругая система с одной степенью свободы, обладающая заданным значением собственной частоты и относительного демпфирования.

3.2.5 Очаг и гипоцентр землетрясения:

3.2.5.1 очаг [центр] землетрясения: Объем геологической среды, где происходят разрывы пород и сброс накопленных упругих напряжений, в результате чего высвобождается значительное количество энергии, которое обусловливает энергию сейсмических волн и магнитуду землетрясения.

3.2.5.2 гипоцентр [фокус]: Точка начала перемещения разрыва горных пород.

Примечание - Для практических целей (например, измерение магнитуды, определение количественной интенсивности) в ряде случаев отсутствует необходимость разделения понятий "очаг" и "гипоцентр".

3.2.6 эпицентр землетрясения: Проекция гипоцентра (или очага с учетом 3.2.5.2, примечание) на место на земной поверхности, расположенное непосредственно над гипоцентром (очагом) землетрясения.

Примечание - Если гипоцентр (очаг) землетрясения находится под дном водного пространства, то эпицентром является соответствующее место на дне водного пространства.

3.2.7 стационарный случайный сигнал [воздействие]: Сигнал [воздействие], основные параметры которого (например, амплитуда - ее среднее значение и дисперсия, спектр) остаются неизменными в течение всего промежутка времени наблюдения.

3.2.8 магнитуда землетрясения: Условная количественная величина для сравнительной оценки выделившейся в очаге землетрясения общей энергии, представляющая собой десятичный логарифм амплитуды максимального колебания грунта, записанного на сейсмограмме, при прохождении сейсмической волны определенного типа с вводом стандартной поправки на расстояние до очага и на типы породы по пути прохождения волны.

4 Общие положения

Воздействие землетрясений представляет собой вибрации, которые могут быть смоделированы как случайные процессы и могут влиять на изделия, вызывая напряжения различных видов.

В настоящем разделе приведена информация о характеристике землетрясений и о динамических свойствах изделий во время землетрясений. Приведенные числовые значения являются типовыми и иллюстративными. Их не следует использовать в качестве конкретных требований.

Примечание - В МЭК 60721-2-6 данные об ускорениях приведены для свободной поверхности Земли; уточнения, относящиеся к сооружениям, представлены только в самом общем виде. В настоящем стандарте эти данные более полные и конкретные.

4.1 Происхождение и распространение землетрясений

Землетрясения возникают тогда, когда напряжение в глубинах земной коры возрастает до степени, вызывающей ее разрыв. Эти явления происходят в районах, известных в качестве зон сейсмической активности, имеющих такие географические особенности, как океанические подводные горные гряды, горные цепи, вулканы, океанические хребты, тектонические разломы.

Внезапный разрыв высвобождает потенциальную энергию деформации, которая распространяется от очага землетрясения в форме трех типичных основных волн (с различными скоростями):

- продольных объемных волн, вызывающих сжатие и расширение породы в направлении распространения волн;

- поперечных волн, вызывающих сдвиг породы в направлении, перпендикулярном к направлению распространения волн;

- поверхностных волн, являющихся комбинацией двух предыдущих и приводящих к возникновению сейсмических воздействий на поверхности Земли.

Примечание - Если эпицентр землетрясения находится на дне крупного водного пространства (моря, океана), то энергия деформации может вызвать появление новых мощных водяных волн высотой до нескольких метров, распространяющихся по поверхности водного пространства с большой скоростью; при подходе к берегу такая волна образует огромную стену прибоя большой разрушительной силы (цунами).

4.2 Последствия землетрясений

Землетрясения вызывают случайные перемещения грунта, которые характеризуются последовательными, но статистически независимыми горизонтальной и вертикальной составляющими. Умеренное землетрясение (как правило) может продолжаться от 15 до 30 с; сильное землетрясение - от 60 до 120 с; жесткая часть землетрясения с наибольшим ускорением Земли - до 10 с.

Максимальная энергия типичного широкополосного случайного колебания находится в пределах частот от 1 до 30-35 Гц, причем наиболее разрушительные эффекты наблюдаются при частотах от 1 до 10 Гц.

Примечание - При проектировании значение максимального ускорения используют для расчета нагрузок в одном направлении.

4.3 Фундаменты изделий

В типичном широкополосном спектре, описывающем перемещение земной поверхности, преобладают кратные частоты. Вибрация при перемещении земной поверхности (как горизонтальная, так и вертикальная) может быть усилена в фундаментах изделий. Для любого данного перемещения земной поверхности степень усиления зависит от частотной характеристики вибрации системы (грунт, фундамент и изделие) и от механизма демпфирования.

4.4 Изделия в зданиях и сооружениях

Перемещение грунта (главным образом горизонтальное) может быть отфильтровано и усилено на промежуточных конструкциях зданий, на которых возникают отклонения гармонических колебаний пола здания. Типичный узкополосный спектр, описывающий передвижение пола здания, показывает, что может преобладать одна частота возбуждения. Динамический ответ от закрепленных изделий может достигать ускорения, во много раз превышающего максимальное ускорение Земли, в зависимости от относительного демпфирования и собственных частот системы. Степень усиления и ширина полосы случайного колебания зависят от спектра ответа каждого здания и конструкции изделия.

Исследования значительного числа видов электротехнических изделий показали, что не существует какого-либо узкого диапазона частот, в котором наиболее вероятно наличие резонансов изделий. Предположение относительно наибольшей чувствительности изделий к воздействию землетрясений в диапазоне частот 5-8 Гц учитывает только конфигурацию спектра воздействий и не учитывает вероятность наличия собственных частот изделий в этом диапазоне.

5 Сейсмические шкалы

В сейсмологии землетрясения классифицируют с помощью различных шкал, которые могут быть двух видов: шкалы интенсивности и шкалы магнитуды (магнитудные шкалы).

Согласно шкалам интенсивности (например, модифицированной шкале MSK-64 или шкале Меркалли-Канкани-Сиберг ) интенсивность землетрясения определяют эмпирическим путем и классифицируют в баллах в соответствии с произведенным им эффектом.

В соответствии с магнитудными шкалами, основанными на зарегистрированных данных, оценивают сейсмическую энергию, высвобождаемую в очаге землетрясения.

Шкалы интенсивности содержат два рода сведений:

- баллы, отражающие качественное описание произведенного землетрясением эффекта (качественные шкалы);

- амплитудные воздействия на свободной поверхности Земли (количественные шкалы). Указанные амплитудные воздействия представлены, как правило, ускорением или, реже, перемещением и скоростью.

Единой общепризнанной шкалы интенсивности в настоящее время не разработано, но применяемые различные качественные шкалы интенсивности не содержат существенных различий.

Магнитудная шкала первоначально (в 1935 г.) была предложена Рихтером . Единой шкалы магнитуды не существует. Имеются различные шкалы магнитуд, в том числе: локальная магнитуда (ML), магнитуда, определенная по поверхностным (MS) и по объемным волнам (mb), по сейсмическому моменту (MW). Более современной энергетической оценкой землетрясений являются моментные магнитуды , обусловленные сдвигом пород в сейсмическом очаге (наибольшими из инструментально зарегистрированных землетрясений были Чилийское землетрясение 22 мая 1960 г. с 9,5 и Индонезийское землетрясение 26 декабря 2004 г. с аналогичной моментной магнитудой ).

Качественные шкалы интенсивности в течение длительного периода времени существовали как единственное описание и классификация интенсивности землетрясения. Затем к ним были добавлены приблизительные описания ускорения свободной поверхности Земли, которые давали приблизительные представления о расчетных и испытательных нагрузках. В связи с необходимостью более точных расчетов сейсмостойкости сооружений и изделий и подтверждения этих расчетов режимами испытаний значениям, приведенным в шкалах ускорений, стали придавать более точный физический смысл.

При разработке количественных описаний в шкалах интенсивности землетрясений (как и при разработке количественных способов классификации других природных явлений, что связано с необходимостью превращения единого непрерывного ряда значений показателей в дискретные группы) необходимо учитывать, по крайней мере, две особенности:

- установление номинальных значений показателей для каждой классификационной группы сопряжено с определенными условностями (например, определение кратности соседних номинальных значений);

- необходимость установления вероятностных параметров номинальных значений, связанных с повторяемостью этих значений в течение определенных периодов времени.

В технической классификации и при увязке баллов качественных шкал с баллами количественных шкал эти особенности учитывали постепенно. В MSK-64 впервые была проведена приблизительная привязка количественного значения ускорений сразу к нескольким баллам качественного описания. Подобная "грубая" привязка до сих пор существует в шкале Меркалли-Канкани-Сиберг. В модифицированной шкале MSK-64 более точные значения ускорений свободной поверхности Земли были привязаны к каждому из значимых баллов качественной шкалы. Наконец, в ГОСТ 30546.1 , а ранее в ГОСТ 17516.1 установлена увязка значений ускорений свободной поверхности Земли с вероятностью появления этих значений для разных периодов времени (интервалов повторяемости землетрясений). При этом были использованы данные из литературных источников ).

С учетом указанного в настоящее время значимость применения качественных шкал интенсивности существенно ниже, чем количественных шкал (в особенности для технических изделий и для сейсмостойких строительных сооружений), так как наиболее важным становится определение расчетных и испытательных ускорений, а не описание возможных повреждений. Сами же значения ускорений, приводимые в количественных шкалах, становятся более условными и пригодными только для одного условного сочетания повторяемости землетрясений и срока службы объекта; значения ускорений для других возможных требуемых сочетаний выбирают по другим зависимостям (см., например, ГОСТ 30546.1 ).

Сравнение шкал интенсивности, в том числе количественных шкал, приведено в таблицах 1 и 2 и приложении В.


Таблица 1 - Уровни интенсивности землетрясения

Модифицированная шкала Меркалли		Приблизи- тельный уровень ускорения по MSK-64, м/с	Эффективное пиковое уско- рение (ЭПУ) по ГОСТ 30546.1 , (см. примечание 2), м/с	Приблизительный уровень ускоре- ния по модифици- рованной шкале Меркалли , м/с	Зона сейсмич- ности, (см. примечание 4)
	Не ощущается
	Ощущается людьми в состоянии покоя или на верхних этажах
	Подвешенные предметы качаются; легкая вибрация
	Вибрация как от тяжелого грузовика; окна и посуда дребезжат; качаются стоящие автомобили
	Чувствуется вне помещения; спящие просыпаются; маленькие предметы падают; висящие картины двигаются
	Ощущается всеми; падает фурнитура; разрушения: стеклянные предметы разбиваются, предметы падают с полок, штукатурка лопается	0,5(0,3-0,6)
	Ощущается в движущихся автомобилях; потеря равновесия в положении стоя; самопроизвольный звон церковных колоколов; разрушения: сломанные трубы и архитектурные украшения, падение штукатурки, сломанная фурнитура, множественные трещины в штукатурке и каменной кладке, некоторые обрушения в глинобитных домах	1 (0,61-1,20)
	Опасность при управлении движущимся автомобилем; падение веток деревьев; разломы в водонасыщенных грунтах; разрушения: подвесные водные резервуары, монументы, глинобитные дома; ощутимые разрушения средней тяжести: кирпичные конструкции, каркасные дома (без фундамента), ирригационные сооружения, дамбы	2 (1,21-2,40)
	"Песчаные воронки" в насыщенных песками городах; обвалы; разломы в Земле; разрушения: неармированная кирпичная кладка; ощутимые разрушения средней тяжести: недостаточно армированные бетонные конструкции, подземные трубопроводы	4 (2,41-4,80)
	Широко распространенные обвалы и повреждения грунта; разрушения: мосты, тоннели, некоторые армированные бетонные конструкции; ощутимые разрушения средней тяжести: большинство зданий, дамбы, железнодорожные пути	Не нормированы
	Постоянные разрушения на поверхности Земли
	Почти полные разрушения
Примечания 1 Качественные шкалы Меркалли и MSK-64 практически одинаковы. 2 ЭПУ по ГОСТ 30546.1 приведено для расчетного срока службы 50 лет и вероятности непревышения 90%. 3 В графе "Приблизительный уровень ускорения по MSK-64" в скобках указаны значения, приведенные в первоначальных изданиях, которые впоследствии были заменены значениями, указанными без скобок. Эти последние для 7, 8 и 9 баллов совпадают со значениями, приведенными в [ ]. 4 Заданная зона обозначает ожидаемый в течение 50-летнего периода уровень интенсивности землетрясений (см. рисунок 6).

Таблица 2 - Приблизительная магнитудная шкала Рихтера

Условное наименование величины событий	Ориентировочное соотношение величин и для мелкофокусных очагов землетрясений
	Интервал магнитуд , по Рихтеру, единицы, в очаге	Интенсивность , по шкале MSK-64, баллы, на поверхности
Слабые
Умеренные
Сильные
Очень сильные		9-10
Катастрофические		11-12

Следует учесть, что указанное соотношение ограничено:

- наличием грунтовых или скальных пород в месте размещения;

- глубиной гипоцентра землетрясения;

- продолжительностью активности землетрясения.

При более детальном рассмотрении проблемы воздействия землетрясений на сооружения и изделия может возникнуть необходимость учета различия конфигурации и значений спектров ответа и воздействия для разных условий грунта (например, рыхлого грунта или скалы) и их отличия от спектров ответа и воздействия, обобщенных для всех грунтовых условий. Для технических изделий из-за предпочтительности их универсального применения, в том числе в различных районах, желательно использовать параметры землетрясения, обобщенные для всех грунтовых условий. Поправки для конкретных грунтовых условий данной местности желательно применять только для конкретных дорогостоящих изделий, используемых для отдельных крупных объектов, размещаемых в конкретной местности.

При выборе степени воздействия землетрясения на конкретные изделия учитывают также конструктивные особенности здания и место расположения изделий в здании (подробнее - приложение В).

6 Описание сейсмического воздействия с помощью спектра ответа

6.0 Общее положение

Воздействие землетрясений представляет собой кратковременный, случайный (нестационарный) колебательный процесс с различными по времени ускорениями. Однако для удобства расчетов и испытаний целесообразно перевести параметры этого нестационарного случайного процесса в параметры эквивалентного гармонического процесса с помощью расчетов спектров ответа.

6.1 Спектр ответа

В спектре ответа максимальные ответы семейства осцилляторов, каждый из которых имеет одну степень свободы с определенным значением вязкого демпфирования, представляют в виде функции от собственной частоты этих осцилляторов, подвергаемых воздействию, вызванному ускорением при движении Земли во время землетрясения.

Следует учесть, что спектр ответа не является спектром в его обычном значении.

Как известно, спектр представляет собой расположенный по ряду частот набор приходящихся на каждую частоту значений внешних воздействий или реакций объекта, приходящихся на один и тот же момент времени. Спектр же ответа представляет собой набор приходящихся на каждую частоту значений реакции каждого единичного осциллятора при полном развитии состояния резонанса данного осциллятора от возмущения, действующего на данный осциллятор на его собственной частоте.

Продолжительность достижения состояния полного резонанса зависит от значения относительного демпфирования и от собственной частоты осциллятора.

В связи с этим даже при построении графика зависимости (для одинакового относительного демпфирования) реакции осцилляторов на внешнее воздействие, происходящее в один момент времени, достижение полной реакции каждого осциллятора будет наступать в разное время. Поэтому спектр ответа представляет собой максимально возможную реакцию семейства осцилляторов на единовременные внешние возмущения (по величине, продолжительности и жесткости), но не позволяет определить одномоментную реакцию семейства осцилляторов.

На рисунке 1 приведен пример записи акселерограммы реального землетрясения (в реальном времени, ).

Первоначальная амплитуда ускорения

Рисунок 1 - Запись ускорений землетрясения в долине Сан Фернандо (1971 г.)

На рисунке 2 приведена модель построения спектра ответа. Зафиксирован ответ (на первоначально воздействующую частоту) осциллятора, обладающего фиксированной собственной частотой (1 до ) и определенным значением демпфирования. В целом амплитуда ответа осциллятора окажется больше, продолжительнее и жестче, чем реально возбужденные для каждого случая на собственной частоте осциллятора амплитуды.

Первоначальная амплитуда ускорения; - амплитуда спектра ответа; - демпфирование; - собственные частоты различных осцилляторов; - частота; - жесткость; - масса; - время

Рисунок 2 - Модель для составления обобщенного спектра ответа

6.2 Обобщенный спектр ответа

Акселерограмму движения свободной поверхности Земли, зафиксированную на участке землетрясения или около участка, используют для установления спектра ответа. Контролируя изменения конфигурации, можно вывести обобщенный спектр ответа, отражающий сейсмическое воздействие землетрясения (рисунок 3).

Амплитуда спектра ответа; - амплитуда спектра перемещения; - амплитуда спектра скорости; - частота; - продолжительность периода (обратная величина частоты)

Рисунок 3 - Обобщенный спектр ответа для землетрясения в долине Сан Фернандо (1971 г.) для значений относительного демпфирования 0,2%, 5% и 10% (графики сверху вниз)

Достаточное число обобщенных спектров ответа, полученных по результатам различных землетрясений, описывает ожидаемое сейсмическое воздействие для различных районов.

Примечание - Соотношения между скоростью, ускорением и перемещением на рисунках 3 и 4 приведены для низких значений относительного демпфирования. Эти соотношения приблизительны, их применяют для сравнения относительного спектра ответа скорости, абсолютного спектра ответа ускорения и относительного спектра ответа перемещения.

6.3 Спектр ответа для требований к изделиям

Огибающая для обобщенного спектра ответа представляет собой спектр ответа для требований к изделиям , поскольку она определяет пределы требований в части вибрации для изделий, которые в дальнейшем могут быть подвергнуты воздействиям землетрясений в данном районе. С учетом использования различных исполнений изделий для данного района может потребоваться уточнение для некоторых спектров ответа в зависимости от места установки изделия (на конструкции здания, на полу, на оболочке другого изделия и т.д.). На этом спектре (рисунок 4) показаны соотношения между частотой, амплитудой (перемещение, скорость или ускорение) и демпфированием для испытательных целей.

Амплитуда спектра ответа; - амплитуда спектра перемещения; - амплитуда спектра скорости; - частота

Рисунок 4 - Пример спектра ответа для требований

Примечание - Соотношения между скоростью, ускорением и перемещением на рисунках 3 и 4 приведены для низких значений относительного демпфирования. Эти приблизительные соотношения применяют для сравнения относительного спектра ответа скорости, абсолютного спектра ответа ускорения и относительного спектра ответа перемещения.


На практике применяют более простые и точные, чем на рисунке 1, изображения акселерограмм - рисунок 5 и изображения спектров ответа для требований к изделиям - рисунок 6 (ГОСТ 30546.1 ).

Рисунок 5 - Цифровая трехкомпонентная акселерограмма движений грунта под сейсмостанцией "Москва" во время Вранчского землетрясения 27 октября 2004 г.

Рисунок 5 - Цифровая трехкомпонентная акселерограмма движений грунта под сейсмостанцией "Москва" во время Вранчского землетрясения 27 октября 2004 г. (магнитуда 5,9) и фрагмент вертикальной составляющей акселерограммы при самом сильном за последние 60 лет Вранчском землетрясении 4 марта 1977 г. с 7,4 (внизу). Указано время прихода на центральную сейсмическую станцию "Москва" продольных (), поперечных () и поверхностных сейсмических волн Лява () и Релея (). Сейсмометрическая аппаратура станции расположена в подвальном помещении на глубине 4 м от земной поверхности, где E-W - восток-запад; N-S - север-юг; Z - вертикальная составляющая

Рисунок 6 - Обобщенные спектры ответа для горизонтального направления, 9 баллов в соответствии с или при нулевой отметке

7 Спектр воздействия

____________________
* Наименование пункта в бумажном оригинале выделено курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

Для удобства расчетов, и особенно расчетов параметров для испытаний технических изделий, воздействие землетрясений представляют в виде спектра воздействия.

Для этого спектр ответа для требований к изделиям, представляющий разномоментные значения ускорений, переводят обратно на одномоментный спектр воздействия гармонической вибрации, эквивалентный воздействию реального колебания, описанного акселерограммой землетрясения. Перевод осуществляют применительно к собственной частоте каждого осциллятора (или осцилляторов, расположенных в характерных точках спектра, например в местах перегиба). Это позволяет сразу определять параметры испытательного режима для наиболее часто применяемого при испытаниях на сейсмостойкость способа воздействия гармонической вибрации.

Это также позволяет сравнивать требования по воздействиям землетрясений с требованиями по воздействиям механических вибраций при эксплуатации (обобщенных в ГОСТ 30631 в виде групп механического исполнения), в результате чего в ряде случаев оказывается возможным не проводить специальных испытаний на сейсмостойкость, если испытаниями ранее подтверждена принадлежность изделий к соответствующей группе механического исполнения.

Примечание - Приведенный в настоящем разделе способ получения спектра воздействия пригоден для любых других случайных колебаний, которые представляют собой стационарный процесс или могут быть рассмотрены как стационарный процесс.

8 Карта зон землетрясений

Различные зоны активности землетрясений, указанные в таблице 1, приведены на карте мира (рисунок 7). Эта карта является примером сравнительно приблизительного районирования. Для многих регионов разработаны более точные карты с указанием повторяемости землетрясений, например в , [ ] и .

Рисунок 7 - Зоны активности землетрясений

9 Группа стандартов в части сейсмостойкости технических изделий

____________________
* Наименование пункта в бумажном оригинале выделено курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

Требования, установленные в разделах 4-8 настоящего стандарта, реализованы в межгосударственных стандартах, указанных в приложении С.

Приложение А (справочное). Пояснения к некоторым терминам

Приложение А
(справочное)

____________________

А.1 Пояснение к 3.2.5

Мерой величины очага землетрясения может являться его протяженность. Так, протяженность очага землетрясения с магнитудой более 7,0 превышает 50 км. Мерой величины очага является также сейсмический момент - произведение модуля сдвига горных пород на площадь разрыва и амплитуду смещения.

По типу смещения пород в очаге он может быть охарактеризован как сдвиг, сброс, надвиг или более сложная их комбинация. Очаги в зависимости от глубины расположения подразделяют на мелкофокусные - в пределах земной коры до глубины 70 км; промежуточные - в верхней мантии в интервале глубин 70-300 км и глубокофокусные на глубине от 300 до 600-700 км. Последние связаны с зонами субдукции (погружения) литосферных плит в мантию Земли.

А.2 Пояснение к 3.2.6

А.2.1 Понятие "эпицентр" может быть применено при взрыве. Место, где произошел взрыв, называют "центром взрыва" или "местом взрыва". При подземном или надземном взрыве место на поверхности Земли, находящееся, соответственно, над или под центром взрыва, является эпицентром взрыва. При наземном взрыве, а также при любом пожаре понятие "эпицентр" в прямом смысле не существует; возможно (но не рекомендуется) применение этого понятия в переносном смысле согласно А.2.2.

А.2.2 Понятие "центр" или "эпицентр" иногда применяют в переносном значении. При этом место, где происходит событие, является центром этого события, а место недалеко от него может быть названо его эпицентром. Например, зал, где принимаются важные решения правительства, может быть назван центром события, а находящийся рядом пресс-центр - эпицентром события. В то же время о наблюдателе, находящемся в зале заседаний, можно сказать, что он находится в центре (а не в эпицентре) события.

А.3 Пояснение к 3.2.8

Максимальное значение магнитуды землетрясения - около 9 единиц. В обиходе единицы магнитуды ошибочно называют "баллами по шкале Рихтера"; правильнее "землетрясение с магнитудой___единиц".

После выделения максимального количества энергии, вызванного первоначальным разрывом пород в очаге (и, следовательно, обусловившего максимальную интенсивность данного землетрясения), возможны (иногда спустя несколько дней) дополнительные разрывы пород, вызывающие землетрясение с интенсивностью, меньшей в несколько раз, - так называемые афтершоки.

Афтершоки могут представлять собой опасность в основном для строительных сооружений, так как воздействуют на ослабленные первоначальным толчком землетрясения конструкции.

Примечание - Если известно, по какой шкале было проведено измерение магнитуды, то к указанному выше выражению добавляют наименование шкалы.

Приложение В (справочное) . Краткое содержание Шкалы сейсмической интенсивности MSK-64

Приложение В
(справочное)

____________________
* Наименование Приложения в бумажном оригинале выделено курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

Классификация сооружений и повреждений

В.1 Типы сооружений и зданий без антисейсмических усилений

Тип А - здания из кирпича-сырца, сельские постройки.

Тип Б - кирпичные, мелкоблочные, крупноблочные здания.

Тип В - каркасные железобетонные, панельные здания, рубленые избы.

В.2 Классификация повреждений

1-я степень - легкие: трещины в штукатурке.

2-я степень - умеренные: небольшие трещины в стенах, дымовых трубах.

3-я степень - тяжелые: глубокие трещины в стенах, падение дымовых труб.

4-я степень - разрушения: сквозные трещины, обрушение частей зданий, внутренних стен.

5-я степень - обвалы: полное разрушение зданий.

В.3 Описание сейсмического эффекта

1 балл - Неощутимое. Регистрируется приборами.

2 балла - Едва ощутимое. Колебания ощущаются лишь отдельными людьми на верхних этажах зданий.

3 балла - Слабое землетрясение. Ощущается некоторыми людьми, легкое раскачивание висящих предметов.

4 балла - Заметное сотрясание. Ощущается внутри зданий, раскачивание висящих предметов.

5 баллов - Пробуждение. Ощущается внутри зданий, на открытых участках, наблюдается раскачивание висящих предметов, возможны повреждения 1-й степени в зданиях типа А.

6 баллов - Испуг. Падает мебель, люди пугаются и выбегают на улицу, возможны повреждения 1-й степени в отдельных зданиях типа Б и во многих зданиях типа А, отдельные случаи оползней.

7 баллов - Повреждение зданий. Испуг и паника. Многие люди с трудом удерживаются на ногах, во многих зданиях типа В повреждения 1-й степени; во многих зданиях типа Б повреждения 2-й степени, во многих зданиях типа А повреждения 3-й степени; оползни и трещины на дорогах.

8 баллов - Сильное повреждение зданий. Во многих зданиях типа В повреждения 2-й степени; во многих зданиях типа Б повреждения 3-й степени; во многих зданиях типа А повреждения 4-й степени, случаи разрыва стыков трубопроводов, оползни и трещины на дорогах.

9 баллов - Всеобщее повреждение зданий. Во многих зданиях типа В повреждения 3-й степени, во многих зданиях типа А повреждения 5-й степени, случаи разрыва подземных частей трубопроводов, искривление железнодорожных рельсов.

10 баллов - Всеобщее разрушение зданий. Во многих зданиях типа В - повреждения 4-й степени, в отдельных 5-й степени. Здания типа Б - повреждения 5-й степени, большинство зданий типа А - повреждения 5-й степени. Опасные повреждения плотин, дамб, разрывы и искривления подземных трубопроводов. Появляются трещины в грунтах от 0,2 до 1,0 м. Возможны большие оползни на берегах рек.

11 баллов - Катастрофа. Разрушение зданий хорошей постройки, мостов, плотин, железнодорожных путей, шоссейные дороги приходят в негодность. Горные обвалы.

12 баллов - Изменение рельефа. Сильные повреждения, разрушения всех типов наземных и подземных сооружений. Радикальные изменения земной поверхности.

Приложение С (справочное) . Группа стандартов в части сейсмостойкости технических изделий

Приложение С
(справочное)

____________________
* Наименование Приложения в бумажном оригинале выделено курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

С.1 В составе комплекса стандартов безопасности, обеспечиваемой стойкостью технических изделий к внешним воздействующим факторам при эксплуатации, транспортировании и хранении, разработана группа стандартов в части сейсмостойкости технических изделий. Эта группа состоит из трех стандартов:

ГОСТ 30546.1 - устанавливает требования к сейсмостойкости;

ГОСТ 30546.2 - устанавливает испытания на подтверждение требований к сейсмостойкости вновь разработанных или вновь изготовленных изделий;

ГОСТ 30546.3 - устанавливает требования к определению сейсмостойкости изделий, находящихся на месте их установки в эксплуатации.

Эти стандарты распространяются на все технические изделия, аналогов чему нет в мировой практике. При их подготовке был учтен 15-летний опыт разработки и применения аналогичных документов, распространяющихся на изделия систем безопасности атомных станций и на всю номенклатуру электротехнических изделий. Основные особенности этих стандартов указаны в С.2-С6.

На основании опыта применения этих стандартов в настоящее время ко всем трем вышеуказанным стандартам утверждено изменение N 1.

С.2 Установлена единая для всех технических изделий конфигурация спектров ответа и спектра воздействия на свободной поверхности Земли (на нулевой отметке зданий).

С.3 Увязаны значения ускорений, нормированных для групп механического исполнения при эксплуатации по ГОСТ 30631 , со значениями ускорений, нормированными для землетрясений различной интенсивности.

Это позволило установить единые методы и нормы испытаний, подтверждающие требования по механическим воздействиям при эксплуатации и при землетрясениях. Результатом явилась возможность в ряде случаев отказаться от отдельных дорогостоящих испытаний на сейсмостойкость. Аналогичных данных в международных стандартах не имеется.

С.4 Соотнесены вероятностные показатели, связанные с надежностью изделий при механических воздействиях в эксплуатации с вероятностными показателями, связанными с повторяемостью землетрясений. Аналогичных данных в международных стандартах не имеется. Сравнительно полные данные о связи значений ускорений при землетрясениях с вероятностью их появления приведены только в национальном стандарте .

С.5 Установлены единые коэффициенты усиления механических нагрузок в зависимости от высоты установки изделий над нулевой отметкой зданий; при этом установлены единые коэффициенты для всех видов промышленных и бытовых зданий и отдельно для атомных станций, что учитывает особую конфигурацию последних. Подобные обобщенные данные в международных стандартах отсутствуют.

С.6 Разработан стандарт, позволяющий установить сейсмостойкость изделий на месте их установки в эксплуатации, - ГОСТ 30546.3 . Наличие такого стандарта имеет особое значение для Российской Федерации и других стран Содружества независимых государств (СНГ), так как требования по сейсмостойкости для большинства видов изделий стали предъявлять сравнительно недавно, а сейсмостойкость ранее установленных, и, тем более, значительно изношенных изделий, неизвестна. Аналогичного международного стандарта не имеется.

Приложение D (справочное). Аутентичный текст пунктов (абзацев) МЭК 60721-2-6:1990, уточненных и измененных в тексте настоящего стандарта для потребностей национальной экономики

Приложение D
(справочное)

____________________
* Наименование Приложения в бумажном оригинале выделено курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

Настоящая часть МЭК 60721 относится к природным внешним условиям и, в частности, к вибрациям и ударам землетрясений. Цель настоящего стандарта состоит в установлении некоторых основных свойств и принципов количественного определения явлений, связанных с землетрясениями, применительно к воздействию последних на технические изделия.

Введение, последний абзац

Следует применять степени жесткости согласно МЭК 60721-1. Более детальная информация может быть получена из специальных документов, часть из которых приведена в библиографии к ИСО 6258:1985 "Силовые атомные станции. Проектирование с учетом сейсмических разрушений".

Раздел 4.4, последнее предложение

Наиболее вероятно, что изделия окажутся наиболее чувствительными к колебаниям в диапазоне частот от 5 до 8 Гц.

Раздел 5, 4-й абзац

Эти шкалы могут быть приблизительно соотнесены с определенными значениями ускорения свободной поверхности Земли; их использование для создания испытательных величин ограничено.

Раздел 5, предпоследний абзац

Соотношение между модифицированной шкалой Меркалли и ускорением свободной поверхности Земли приведено в таблице 1 как приблизительное. Уровни ускорения в таблице 1 приведены для условий на поверхности Земли. Соотношение между модифицированной шкалой Меркалли и уровнем ускорения на изделиях может быть только приблизительным с учетом следующих факторов:

- грунтовые и скальные условия (включая водонасыщенность);

- близость к активности землетрясения;

- условия, зависящие от конструкции или опоры изделия.

6.1 Спектр ответа

Обычно для расчетов (и особенно для испытаний) в качестве описания сейсмических воздействий используют спектр ответа.

Библиография

	Шкала сейсмической интенсивности MSK, 1964
	"Европейская макросейсмическая шкала", 1998, Европейская сейсмологическая комиссия, Люксембург
	Шкала Рихтера
ФЕМА 96/1988	Рекомендуемые положения по разработке сейсмического регулирования для новых строений Национальной программы уменьшения опасности землетрясения. Часть 2. Комментарии - Федеральное агентство по управлению в чрезвычайных ситуациях США, октябрь 1988 г.
	Строительные нормы и правила. Часть II. Нормы проектирования. Глава 7. Строительство в сейсмических районах
	Карта сейсмического районирования СССР. С пояснительной запиской. - М.: Наука, 1989
	Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации - ОСР-97 . - Объединенный институт физики земли им. О.Ю.Шмидта РАН - М., 1998
	Международная карта глобальной сейсмической опасности GSH MAP. The Global Seismic Hazard Assessment Program (GSHAP) 1992-1999. Summary Volume (edited by Giardini) - Annali Geofis. Vol.42, 1999. P.955-1230

Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2009

Все землетрясения характеризуются магнитудой и интенсивностью. Понятие "магнитуда" введено американскими исследователями Ч. Рихтером и Б. Гутенбергом для оценки мощности землетрясения.

Магнитуда - это мера высвобожденной землетрясением энергии; интенсивность - степень вызванных им локальных разрушений (сила сотрясения на поверхности Земли). Каждому конкретному землетрясению соответствует одна магнитуда. В то же время его интенсивность меняется по мере удаления от эпицентра. В основе шкалы Рихтера лежит величина максимальной амплитуды сейсмических волн, зарегистрированная стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения. магнитуда землетрясение шкала меркалли

Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:

• 2 - самые слабые ощущаемые толчки;
• 4,5 - самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;
• 6 - умеренные разрушения;
• 8,5 - самые сильные из известных землетрясений.

Интенсивность землетрясений оценивается в баллах при обследовании района по величине вызванных ими разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности.

Сейсмические движения сложны, но поддаются классификации. Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам. В России применяется наиболее широко используемая в мире 12-балльная шкала МSK-64 (Медведева-Шпонхойера-Карника), восходящая к шкале Меркали-Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10-балльная шкала Росси-Фореля (1883), в Японии - 7-балльная шкала. Оценка интенсивности, в основу которой положены бытовые последствия землетрясения, легко различаемые даже неопытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Напр., в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем «как лошадь трется о столб веранды», в Европе такой же сейсмический эффект описывается так - «начинают звонить колокола», в Японии фигурирует «опрокинутый каменный фонарик».

В наиболее простом и удобном виде ощущения и наблюдения представлены в схематизированной краткой описательной шкале (вариант MSK), которой может пользоваться каждый (12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР.)

Балл. Сила землетрясения	Краткая характеристика
I. Не ощущается
II. Очень слабые толчки	Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными
III. Слабое	Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика.
IV. Интенсивное
V. Довольно сильное	Под открытым небом ощущается многими, внутри домов - всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери.
VI. Сильное	Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.
VII. Очень сильное	Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми.
VIII. Разрушительное	Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются. Падают фабричные трубы.
IX. Опустошительное	Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся.
X. Уничтожающее	Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов.
XI. Катастрофа	Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов, разрушаются мосты.
XII. Сильная катастрофа	Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Изменяется рельеф. Ни одно сооружение не выдерживает.

Европейская макросейсмическая шкала (EMS) - основная шкала для оценки сейсмической интенсивности в европейских странах, также используется в ряде стран за пределами Европы. Была принята в 1998 году как обновление тестовой версии 1992 года и носит название EMS-98.

История EMS началась в 1988 году, когда Европейская сейсмологическая комиссия (ЕСК) решила пересмотреть и обновить шкалу Медведева - Шпонхойера - Карника (MSK-64), которая использовалась в своей основной форме в Европе почти четверть века. После более чем пяти лет интенсивных исследований и разработок и четырехлетнего периода тестирования новая шкала была официально выпущена. В 1996 году на XXV Генеральной Ассамблее ЕСК в Рейкьявике была принята резолюция, рекомендующая принять новую шкалу в странах-членах Европейской сейсмологической комиссии.

Европейская макросейсмическая шкала EMS-98 является первой шкалой интенсивности землетрясения, направленной на поощрение сотрудничества между инженерами и сейсмологами, а не для использования сейсмологами в одиночку. Она поставляется с подробным руководством, которое включает в себя принципы, иллюстрации и примеры применения.

В отличие от магнитуды землетрясения, выражающей количество сейсмической энергии, выделившейся в результате землетрясения, EMS-98 определяет, насколько сильно воздействует землетрясение на определенное место. EMS-98 является 12-балльной шкалой.

Балл. Сила землетрясения	Краткая характеристика
I. Неощутимое	Не ощущается. Отмечается только сейсмическими приборами.
II. Едва ощутимое	Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными. Отмечается сейсмическими приборами.
III. Слабое	Ощущается в помещениях некоторыми людьми. Находящиеся в покое в помещении люди ощущают раскачивание или легкое дрожание.
IV. Широко наблюдаемое	Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей.

Шкала Японского метеорологического агентства применяется для оценки интенсивности землетрясения. Шкала считается 7-балльной, но фактически содержит 10 уровней (от 0 до 4, 5 «слабый», 5 «сильный», 6 «слабый», 6 «сильный» и 7).

Баллы и степень
	Почти все находящиеся внутри зданий ощущают тряску. Некоторые испытывают страх.	Отмечается дребезжание посуды на полках.	Немного качаются электропровода.
	Люди испытывают сильный страх, некоторые предпринимают действия по самозащите. Почти все спящие пробуждаются.	Сильно качаются висячие предметы, дребезжит посуда на полках. Иногда падают неустойчивые предметы.	Сильно качаются электропровода. Идущие пешком и некоторые находящиеся за рулем также ощущают сотрясения.
	Многие предпринимают действия по самозащите. Некоторые чувствуют сложности в передвижении.	Очень сильно качаются висячие предметы; бывает, что с полок падают посуда и книги. Падают многие неустойчивые предметы, двигается мебель.	Бывает, бьётся и вылетает оконное стекло. Заметно сотрясение электростолбов. Рушатся стены неукрепленных блочных ограждений. Бывает повреждение дорог.
	Люди чувствуют чрезвычайный страх. Многие отмечают сложности в передвижении.	С полок падает почти вся посуда и книги, бывает, с подставки падает телевизор. Иногда падают шкафы и другая тяжелая мебель. Бывает, из-за искривления формы не открываются двери или часть дверей вылетает.	Рушатся многие стены неукрепленных блочных ограждений. Бывает, падают недостаточно крепко установленные торговые автоматы. Трудно вести автомобиль, из-за чего многие водители останавливаются.
	Трудно устоять на ногах.	Незафиксированная тяжелая мебель двигается и опрокидывается, многие двери не открываются.	Во многих зданиях вылетают окна, со стен откалываются штукатурка и плитка.
	Невозможно устоять на ногах, люди вынуждены ползти, прижавшись к земле.	Почти вся незафиксированная тяжелая мебель двигается и опрокидывается. Бывает, вылетают двери.	Во многих зданиях вылетают окна, со стен откалываются штукатурка и плитка. Рушатся почти все стены неукреплённых блочных ограждений.
	Невозможно действовать и двигаться согласно своей воле и желаниям.	Почти вся мебель в доме сильно двигается, летают предметы.

Шкала интенсивности землетрясений Меркалли применяется для определения интенсивности землетрясения по внешним признакам, на основе данных о разрушениях. Может быть применена в том случае, когда отсутствуют прямые данные об интенсивности подземных толчков, например, из-за отсутствия соответствующего оборудования. В шкале Меркалли для определения степени интенсивности землетрясения используются римские цифры. Шкала названа по имени Джузеппе Меркалли, который заложил основы её использования в 1883 и 1902 годах. Позднее Чарльзом Рихтером в шкалу были внесены изменения, после чего она её стали называть модифицированной шкалой Меркалли (MM). Сейчас шкала Меркалли используется в основном в США.

Сейсмическая шкала

Землетрясе́ния - подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Введение

Причиной землетрясения является быстрое смещение участка земной коры как целого в момент пластической (хрупкой) деформации упруго напряженных пород в очаге землетрясения. Большинство очагов землетрясений возникает близ поверхности Земли . Само смещение происходит под действием упругих сил в ходе процесса разрядки - уменьшения упругих деформаций в объеме всего участка плиты и смещения к положению равновесия. Землетрясение представляет собой быстрый (в геологических масштабах) переход потенциальной энергии , накопленной в упруго-деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию колебаний этих пород (сейсмические волны), в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород в очаге землетрясения.

Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на нее:

1. Силы вязкого трения мантийных конвекционных потоков о земную кору;
2. Архимедовой силы , действующей на легкую кору со стороны более тяжелой пластичной мантии ;
3. Лунно -солнечных приливов;
4. Изменяющегося атмосферного давления .

Эти же силы приводят и к возрастанию потенциальной энергии упругой деформации пород в результате смещения плит под их действием. Плотность потенциальной энергии упругих деформаций под действием перечисленных сил нарастает практически во всем объеме плиты (по-разному в разных точках). В момент землетрясения потенциальная энергия упругой деформации в очаге землетрясения быстро (почти мгновенно) снижается до минимальной остаточной (чуть ли не до нуля). Тогда как в окрестностях очага за счет сдвига во время землетрясения плиты как целого упругие деформации несколько увеличиваются. Поэтому и случаются часто в окрестностях главного повторные землетрясения - афтершоки. Точно так же малые «предварительные» землетрясения - форшоки - могут спровоцировать большое в окрестностях первоначального малого землетрясения. Большое землетрясение (с большим сдвигом плиты) может вызвать последующие индуцированные землетрясения даже на удаленных краях плиты.

Из перечисленных сил первые две намного больше 3-ей и 4-й, но скорость их изменения намного меньше, чем скорость изменения приливных и атмосферных сил. Поэтому точное время прихода землетрясения (год, день, минута) определяется изменением атмосферного давления и приливными силами. Тогда как гораздо большие, но медленно меняющиеся силы вязкого трения и Архимедовой силы задают время прихода землетрясения (с очагом в данной точке) с точностью до столетий и тысячелетий.

Глубокофокусные землетрясения, очаги которых располагаются на глубинах до 700 км от поверхности, происходят на конвергентных границах литосферных плит и связаны с субдукцией .

Сейсмические волны и их измерение

Типы сейсмических волн

Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига .

• Волны сжатия, или продольные сейсмические волны, вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига, поэтому их первыми регистрируют сейсмические станции. Волны сжатия также называют первичными (P-волны). Скорость P-волны равна скорости звука в соответствующей горной породе. При частотах P-волн, больших 15 Гц, эти волны могут быть восприняты на слух как подземный гул и грохот.
• Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны. Волны сдвига также называют вторичными (S-волны).

Существует ещё третий тип упругих волн - длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

Измерение силы и воздействий землетрясений

Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.

Шкала магнитуд

Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений является локальная шкала магнитуд Рихтера . По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.

Шкалы интенсивности

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)

12-бальная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СниП-11-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ.

Балл	Сила землетрясения	Краткая характеристика
1	Не ощущается.	Отмечается только сейсмическими приборами.
2	Очень слабые толчки	Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными.
3	Слабое	Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика.
4	Умеренное	Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей.
5	Довольно сильное	Под открытым небом ощущается многими, внутри домов - всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери.
6	Сильное	Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.
7	Очень сильное	Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми.
8	Разрушительное	Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются.
9	Опустошительное	Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся.
10	Уничтожающее	Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов.
11	Катастрофа	Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов.
12	Сильная катастрофа	Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает.

Происходящее при сильных землетрясениях

Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км . Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты , дороги , дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными.

Участок земли, в пределах которого на поверхности, над очагом, сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром.

В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других - земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады . Своды подземных пещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой . Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни . Во время землетрясения в Калифорнии в году образовалась глубокая трещина на поверхности. Она протянулась на 450 километров.

Понятно, что резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы. За год люди [кто? ] могут ощущать около 10 000 землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.

Измерительные приборы

Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы - сейсмографы . В большинстве случаев сейсмограф имеет груз с пружинным прикреплением, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие - к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты).

Другие виды землетрясений

Вулканические землетрясения

Вулканические землетрясения - разновидность землетрясений, при которых землетрясение возникает в результате высокого напряжения в недрах вулкана . Причина таких землетрясений - лава , вулканический газ. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно - недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей этого вида землетрясение не представляет.

Техногенные землетрясения

В последнее время появились сведения, что землетрясения могут вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность - увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах , а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов.

Обвальные землетрясения

Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями . Такие землетрясения называются обвальными, они имеют локальный характер и имеют небольшую силу.

Землетрясения искусственного характера

Землетрясение может быть вызвано и искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при ядерном взрыве . Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества. К примеру, при испытании КНДР ядерной бомбы в году произошло землетрясение умеренной силы, которое было зафиксировано во многих странах.

Наиболее разрушительные землетрясения

• 23 января - Ганьсу и Шеньси, Китай - 830 000 человек погибло
• - Ямайка - Превращен в руины г.Порт-Ройял
• - Калькутта , Индия - 300 000 человек погибло
• - Лиссабон - от 60 000 до 100 000 человек погибло, город полностью разрушен
• - Колабрия, Италия - от 30 000 до 60 000 человек погибло
• - Нью-Мадрид, Миссури , США - город превращен в руины, наводнение на территории в 500 кв.км
• - Санрику, Япония - эпицентр был под морем. Гигантская волна смыла в море 27 000 человек и 10 600 строений
• - Ассам , Индия - На площади в 23 000 кв.км.рельеф изменен до неузнаваемости, вероятно крупнейшее за всю историю человечества землетрясение
• - Сан-Франциско , США 1 500 человек погибло, уничтожено 10 кв.км. города
• - Сицилия , Италия 83 000 человек погибло, превращен в руины г.Мессина
• - Ганьсу , Китай 20 000 человек погибло
• - Великое землетрясение Канто - Токио и Йокогама , Япония (8,3 по Рихтеру) - 143 000 человек погибло, около миллиона осталось без крова в результате возникших пожаров
• - Внутренний Тавр, Турция 32 000 человек погибло
• - Ашхабад , Туркмения , Ашхабадское землетрясение , - 110 000 человек погибло
• - Эквадор 10 000 человек погибло
• - Гималаи разворочена в горах территория площадью 20 000 кв.км.
• - Агадир , Марокко 12 000 - 15 000 человек погибло
• - Чили , около 10 000 погибло, разрушены города Консепсьен, Вальдивия , Пуэрто-Мон
• - Скопье , Югославия около 2 000 погибло, большая часть города превращена в руины

Увеличение магнитуды на 2 единицы соответствует увеличению энергии в 1000 раз. Для получения примерного линейного соотношения между энергией и магнитудой можно воспользоваться логарифмом энергии

lg E = aМ + b,

где a и b - коэффициенты, значения которых, согласно мировой практике, принимаются равными 1,5 и 11,8 соответственно.

Обобщенную зависимость между длиной разрыва и магнитудой можно представить формулой

lg L = сМ + d .

2.1.3. Шкалы интенсивности землетрясений

Интенсивность I сейсмических колебаний грунта на поверхности Земли измеряется в баллах. В разных пунктах наблюдения она различна, тогда как магнитуда у толчка только одна. Для оценки интенсивности используются соответствующие шкалы - MSK, Росси - Фореля, модифицированная шкала Меркалли и др.

Все шкалы интенсивности делятся на два принципиально разных типа: макросейсмические - построенные на основании обследования разру-

шений различного типа сооружений; инструментальные - созданные на основе регистрации параметров сей-

смических колебаний соответствующими приборами.

В России применяется 12-балльная шкала. Колебания интенсивностью до 4 баллов не приводят к разрушениям; колебания в 5 и 6 баллов ощущаются населением и приводят к появлению отдельных трещин в постройках; 7-балльное землетрясение может характеризоваться как сильное и приводить к разрушениям. Катастрофические землетрясения интенсивностью в 11 и 12 баллов приводят к практически полному разрушению сооружений и изменению рельефа местности.

Площадь разрушений S зависит от магнитуды М землетрясения. Например, площадь разрушения 7-балльной зоны S 7 при очаге землетрясения на глубине 40 км в зависимости от магнитуды М растет следующим образом:

S 7 , км2

Количество человеческих жертв при землетрясениях зависит от ряда факторов: времени начала землетрясения, магнитуды, глубины очага, степени удаления от населенных пунктов, типа построек и их качества, наличия в зоне землетрясения взрыво- и пожароопасных объектов, водохранилищ и плотин и др. Основной причиной гибели людей является обрушение зданий.

Последствия землетрясения определяются его интенсивностью (табл. 2). Сейсмическая опасность при землетрясениях определяется как интенсивными колебаниями грунта, так и вторичными факторами, среди которых: лавины, оползни, обвалы, опускание и перекосы земной поверхности, разжижение грунта, наводнения при разрушении и прорыве плотин и защитных дамб, а также пожары.

Т а б л и ц а 2

Последствия землетрясения в зависимости от его интенсивности (по международной шкале Меркалли)

		Интенсивность	Характеристика последствий
		землетрясения
		Незаметное	Отмечается только сейсмическими приборами
		Очень слабое	Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только
			отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя
			Ощущается лишь небольшой частью населения
		Умеренное	Распознается по легкому дребезжанию и колебанию предме-
			тов, посуды и оконных стекол, скрипу дверей и стен
			Под открытым небом ощущается многими, внутри зда-
		Довольно сильное	ний - всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Ма-
			ятники часов останавливаются. Трещины в оконных стеклах
			и штукатурке. Пробуждение спящих
			Ощущается всеми. Картины падают со стен. Отдельные кус-
			ки штукатурки откалываются
			Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисей-
		Очень сильное	смические, деревянные и плетневые постройки остаются невре-
			Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники
		Разрушительное	сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повре-
			Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые
		Опустошительное	деревянные дома несколько кривятся. Трещины в почве, иногда до
			метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение камен-
			ныхпостроек. Искривлениежелезнодорожныхрельсов
			Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочис-
		Уничтожающее	ленные оползни и обвалы. Каменные дома почти совершенно раз-
			рушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорож-
			ных рельсов
			Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочис-
		Катастрофа	ленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов,
			подпруд на озерах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение
			не выдерживает
			Изменения в почве достигают огромных размеров. Много-
			численные трещины, обвалы, оползни. Возникают отклонения
		катастрофа
			в течении рек, ни одно сооружение не выдерживает

2.1.4. Методы прогноза землетрясений

Методы прогноза землетрясений основываются на наблюдении за аномалиями геофизических полей, измерении значений этих аномалий и обработке полученных данных.

Различают несколько методов прогноза землетрясений:

1. Метод оценки сейсмической активности. Месторасположение и число толчков различной магнитуды может служить важным индикатором приближающегося сильного землетрясения. Часто сильное землетрясение со-

провождается большим числом слабых толчков. Выявление и подсчет землетрясений требует большого числа сейсмографов и соответствующих устройств для обработки данных.

2. Метод измерения движения земной коры. Географические съемки

с помощью триангуляционной сети на поверхности Земли и наблюдения со спутников из космоса могут выявить крупномасштабные деформации на ней. Точная съемка ведется с помощью лазерных источников света. Повторные съемки требуют больших затрат времени и средств, поэтому измерения проводят один раз в несколько лет.

3. Метод выявления опускания и поднятия участков земной коры. Вертикальные движения поверхности Земли можно измерить с помощью точных нивелиров (на суше или море), мореографов (в море). Поднятие и опускание участков земной коры, как правило, свидетельствует о наступлении сильного землетрясения.

4. Метод измерения наклонов поверхности. Для измерения вариаций угла наклона земной поверхности используются специальные приборы - наклономеры. Сеть наклономеров устанавливают около разломов на глубине 1…2 м и ниже, измерения указывают на изменения наклонов незадолго до возникновения землетрясения.

5. Метод измерения деформации горных пород. Для измерения деформации горных пород бурят скважину и устанавливают в ней деформографы, фиксирующие величину относительного смещения двух точек.

6. Метод определения уровня воды в колодцах и скважинах. Уровень грунтовых вод перед землетрясением часто повышается или понижается изза изменений напряженного состояния горных пород. Уровень воды в скважинах вблизи эпицентра часто испытывает стабильные изменения: в одних скважинах он становится выше, в других - ниже.

7. Метод оценки изменения скорости сейсмических волн. Скорость сейсмических волн зависит от напряженного состояния горных пород, через которые волны распространяются, а также от содержания воды и других физических характеристик. При землетрясениях образуются различные типы сейсмических волн. Наибольший интерес среди этих волн представляют продольная P и поперечная S волны. Установлено, что перед сильным землетрясением наблюдается резкое уменьшение отношения скоростей волн P и S , что может явиться признаком, подтверждающим возможность землетрясения.

8. Метод регистрации изменения геомагнитного поля. Земное магнитное поле может испытывать локальные изменения из-за деформации горных пород и движений земной коры. С целью измерения малых вариаций магнитного поля используют специальные приборы - магнитометры.

9. Метод регистрации изменения земного электросопротивления. Одной из причин изменения электросопротивления горных пород может стать изменение напряженности горных пород и содержания воды в земле, что, в свою очередь, может быть связано с возможностью возникновения землетрясения.

Измерения электросопротивления проводятся с помощью электродов, помещаемых в почву на расстоянии нескольких километров друг от друга, при этом измеряется электрическое сопротивление толщи земли между ними.

10. Метод определения содержания радона в подземных водах. Радон - это радиоактивный газ, присутствующий в грунтовых водах и воде скважин. Период его полураспада составляет 38 сут, он постоянно выделяется из земли в атмосферу. Перед землетрясением происходит резкое изменение количества радона, выделяющегося из воды глубоких скважин.

11. Метод наблюдения за поведением животных, птиц, рыб. Необычное поведение многих живых существ объясняется тем, что они гораздо более чувствительны к звукам и вибрациям, чем человек.

2.1.5. Оценка последствий землетрясений

Для принятия решения по ликвидации последствий землетрясений важно правильно оценить эти последствия.

Оценка разрушений зданий и сооружений на территории населенного пункта проводится на основании:

определения характеристик степеней разрушения; оперативного построения изосейст, в том числе на основе сейсмического

микрорайонирования; определения зоны средней балльности и балльности для различных зда-

ний и сооружений.

При оценке, а также прогнозировании характера и степени разрушения зданий и сооружений рассматриваются три типа объектов, являющихся элементами застройки:

точечные - характеризуются размерами в плане (длина и ширина), каждый из которых меньше ширины зоны средней балльности;

площадные - характеризуются размерами в плане (длина и ширина), каждый из которых превышает ширину зоны средней балльности;

протяженные - характеризуются размерами в плане (длина и ширина), один из которых значительно превышает другой и превышает ширину зоны средней балльности.

При выборе типа наземного здания используется следующая классификация зданий по этажности: малоэтажные (высотой до 4 этажей); многоэтажные (от 5 до 8 этажей); повышенной этажности (от 9 до 25 этажей); высотные (более 25 этажей).

Для оценки последствий землетрясений определяют параметры поражающих факторов.

Интенсивность землетрясения вычисляется по формуле

I б 1,5М 3,51g

R 2 h 2 3,

где I б - интенсивность землетрясения, баллы (балльность базисной изосейсты); М- магнитуда; R - эпицентральноерасстояние, км; h - глубинаочага, км.

Типы сейсмических волн

Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига .

§ Волны сжатия, или продольные сейсмические волны, вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига, поэтому их первыми регистрируют сейсмические станции. Волны сжатия также называют первичными (P-волны). Скорость P-волны равна скорости звука в соответствующей горной породе. При частотах P-волн, больших 15 Гц, эти волны могут быть восприняты на слух как подземный гул и грохот.

§ Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны. Волны сдвига также называют вторичными (S-волны).

Существует ещё третий тип упругих волн - длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

Измерение силы и воздействий землетрясений

Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.

Шкала магнитуд

Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений является локальная шкала магнитуд Рихтера. По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.

Шкалы интенсивности

Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясения на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в Европе - европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии - шкала Японского метеорологического агентства (Shindo), в США и России - модифицированная шкала Меркалли (MM):

1. балл (незаметное) - колебания почвы, отмечаемые прибором;

2. балла (очень слабое) - землетрясение ощущается в отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии;

3. балла (слабое) - колебание отмечается немногими людьми;

4. балла (умеренное) - землетрясение отмечается многими людьми; возможно колебание окон и дверей;

5. баллов (довольно сильное) - качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стекол, осыпание побелки;

6. баллов (сильное) - легкое повреждение зданий: тонкие трещины в штукатурке, трещины в печах и т. п.;

7. баллов (очень сильное) - значительное повреждение здании; трещины в штукатурке и отламывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах, повреждение дымовых труб; трещины в сырых грунтах;

8. баллов (разрушительное) - разрушения в зданиях: большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб. Оползни и трещины шириной до нескольких сантиметров на склонах гор;

9. баллов (опустошительное) - обвалы в некоторых зданиях, обрушение стен, перегородок, кровли. Обвалы, осыпи и оползни в горах. Скорость продвижения трещин может достигать 2 км/с;

10. баллов (уничтожающее) - обвалы во многих зданиях; в остальных - серьезные повреждения. Трещины в грунте до 1 м шириной, обвалы, оползни. За счет завалов речных долин возникают озера;

11. баллов (катастрофа) - многочисленные трещины на поверхности Земли, больше обвалы в горах. Общее разрушение зданий;

12. баллов (сильная катастрофа) - изменение рельефа в больших размерах. Огромные обвалы и оползни. Общее разрушение зданий и сооружений.

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)

12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ. В Казахстане в настоящее время используется СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах».

Процессы, происходящие при сильных землетрясениях

Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км. По глубине очага различают: нормальные - 70-80 км, промежуточные - 80-300 км, глубокие - > 300 км . Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты, дороги, дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными [ .

Участок земли, в пределах которого на поверхности, над очагом, сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром.

В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других - земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады. Своды подземныхпещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой. Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни. Во время землетрясения в Калифорнии в 1906 году образовалась глубокая трещина на поверхности. Она протянулась на 450 километров.

Подводные землетрясения являются причиной цунами, длинных волн, порождаемых мощным воздействием на всю толщу воды в океане, во время которых происходит резкое смещение (поднятие или опускание) участка морского дна. Цунами образуются при землетрясении любой силы, но большой силы достигают те, которые возникают из-за сильных землетрясений (более 7 баллов).

Понятно, что резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы. За год жители Земли могут ощущать около 10 000 землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.

Сейсмограф

Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы - сейсмографы . В большинстве случаев сейсмограф имеет груз с пружинным прикреплением, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие - к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты).

Другие виды землетрясений

Похожая информация.