3. 3. Землетрясения.

Землетрясением называют всякое сотрясение земной коры, вызывае­мое действием внутренних сил Земли. Совокупность явлений, связанных с землетрясением, называется сейсмическими явлени­ями. Местности, где часто наблюдаются землетрясения значительной силы, называют сейсмическими районами.

Основной причиной землетрясений являются нарушения равновесия в находящихся под постоянным давлением частях литосферы.

Землетрясения происходят очень часто (в среднем I землетрясе­ние каждый час). Абсолютно неподвижных участков на земном шаре не существует. Любой участок земной поверхности испытывает легкие со­трясения. Однако интенсивность колебаний поверхности обычно весьма незначительна и редко ощущается людьми. Только около 100 землетря­сений в течение года бывают разрушительными.

История знает большое количество катастрофических землетрясений, когда погибали десятки тысяч людей и разрушались целые города или их большая часть.

Так, в ночь с 29 февраля на I марта 1960 года в марокканском городе Агадир произошло землетрясение силой в 8 баллов, длившееся 4 секунды. В результате чего были разрушены целые кварталы, похоро­нив под обломками тысячи людей.

Исключительное по силе катастрофическое землетрясение произошло 4 декабря 1956 г. в МНР, в смежных районах СССР и Китая. Это земле­трясение сопровождалось огромными разрушениями. Один из горных пиков раскололся пополам. Часть горы высотой в 400 м обрушилась в ущелье. Образовалась сбросовая впадина длиной до 18 км и шириной 800 м. На поверхности земли появились трещины шириной до 20 м. Главная из этих трещин протянулась на 250 км. Сила землетрясения достигла приблизи­тельно II баллов.

21 мая 1960 г. в Чили произошло землетрясение огромной силы, опустошившее несколько провинций. На другой день последовала еще

одна серия толчков большой силы с одновременной бурей на океане с высотой волн до 10 м. Сильнейшие разрушения были отмечены в 13 провинциях Чили из 24. Погибло 5 тыс. человек, пострадало около 300 тыс. чел. Материальный ущерб достиг I млрд. долларов. Одновременно с землетрясением началось извержение 14 вулканов.

На Украине и в России землетрясения неоднократно возникали в Кры­му, на Кавказе, в Карпатах, в Средней Азии, Прибайкалье и в других районах.

Наиболее сильные землетрясения отмечены в Средней Азии. В ночь с 5 на 6 октября 1948 г. произошло землетрясение силой 10 баллов с эпицентром у пос. Карагаудан в 30 км к юго-востоку от г. Ашхабада в предгорьях Копетдага.

В городе сила землетрясения достигла 9 бал­лов. На поверхности земли в эпицентре образовались трещины, протя­нувшиеся в направлении с востока на запад на расстояние в сотни метров. Произошли обвалы, оползни покровных, глинистых пород на склонах. В Ашхабаде и окружающих поселках были разрушены все здания из сырцовых кирпичей и частично здания из обожженного кирпича. Относительно небольшие повреждения получили здания, выстроенные по правилам сейсмостойкого строительства. Наблюдения показали, что сильнее пострадали здания и сооружения, построенные на супесчано-суглинистых грунтах, меньше - постройки, возведенные на гравии и галечниках. В течение нескольких лет в районе Ашхабадского землетря­сения продолжались повторные сейсмические толчки силой до 5-7 баллов.

В 5 ч.23 мин. по местному времени 26 апреля 1966 г. в связи с подвижкой горных пород по разлому в земной коре произошло землетря­сение в Ташкенте. В эпицентре сила землетрясения составила 8 баллов. В городе землетрясение сопровождалось сильным гулом. Больше всего разрушилось зданий, возведенных на лессовых грунтах вблизи много­численных каналов и в местах неглубокого залегания уровня грунтовых вод. Меньше пострадали здания, возведенные на галечниках.

В пос. Газли, расположенном в 100 км на северо-запад от г. Буха­ры ,17 мая 1976 г. произошло землетрясение силой 9 баллов. Обрушились вертикальные трубы, буровые вышки, здания. Лю­ди от землетрясения не пострадали, так как еще 8 апреля при пер­вых подземных толчках перешли из зданий в палатки и вагончики.

Еще более сильные землетрясения произошли в 1976 г. в Турции, Китае, Гватемале, Италии и Чили. При этих землетрясениях пострадали десятки тысяч людей, а сотни тысяч - остались без крова.

В зависимости от причин возникновения различают следующие три типа землетрясений: провальные, вулканические и тектонические или горообразовательные.

Провальные землетрясения, как правило, захватывают небольшую территорию. Они связаны с образованием пустот на сравнитель­но небольшой глубине, в результате растворения пород подземными вода­ми. По мере роста пустот происходит систематическое обрушение сво­дов, влекущее за собой проседание поверхности. Таковы провалы в райо­не Волганска, Харьковской обл., происходившие в 1915 г., причем сот­рясения поверхности ощущались на площади 7000 - 8000 км .

Вулканические землетрясения происходят только в районах действующих вулканов. Извержение огромных твердых и жидких масс на поверхность земли вызывает ее смещения. Иногда эти смещения начинаются до извержения. Вулканические землетрясения также имеют локальное распространение.

Наоборот, тектонические землетрясения, связанные с горо-образовательным процессом, охватывают большие пространства, главным образом, в горных районах.

Сейсмические волны. Очаг зарождения сейсмических волн называется гипоцентром (рис. 3.2.). По глубине залегания гипоцентра различают землетрясения: поверхностные - от I до 10 км глубины, коровые - 30 - 50 км и глубокие (или плутонические) - от 100 - 300 до 700 км. Последние находятся уже в мантии Земли и связаны с движениями, происходящими в глубинных зонах планеты. Такие земле­трясения наблюдались на Дальнем Востоке, в Испании и Афганистане. Наиболее разрушительными являются поверхностные и коровые землетря­сения.

Рис. 3. 2. Схема распростра-нения сейсмических волн:

1 – продольных; 2 – попереч-ных; 3 – поверхностных.

Г – гипоцентр. Эп – эпицентр.

Непосредственно над гипоцентром на поверхности Земли располагается эпицентр. На этом участке сотрясение поверхности происходит в первую очередь и с наибольшей силой.

От гипоцентра во все стороны рас­ходятся сейсмические волны, по своей природе являющиеся упругими колеба­ниями. Различают два основных типа волн: продольные и поперечные. Продольные волны вызывают расширение и сжатие пород в направлении их движения. Они распространяются во всех средах - твердых, жидких и газообразных. Скорость их зависит от вещества пород. Поперечные колебания перпен­дикулярны продольным, и распространяются только в твердой среде, вы­зывая в породах деформации сдвига. Скорость поперечных волн пример­но в 1,7 раза меньше, чем продольных. На поверхности Земли от эпицентра во все стороны расходятся волны особого рода - поверхностные, являющиеся по своей природе волнами тяжести. Скорость их распространения более низка, чем у поперечных, но они оказывают на сооружения не менее пагубное влияние.

Действие сейсмических волн или, иначе говоря, продолжитель­ность землетрясений, обычно проявляется в течение нескольких секунд, реже минут. Так, например, длительность основного подземного толчка Ашхабадского землетрясения составила всего 8 - 10 сек. Иногда наблю­даются длительные землетрясения. Например, на Камчатке в 1923 г. землетрясение продолжалось с февра­ля по апрель (195 толчков). В районе г. Алма-Аты, начиная с 1887 г., землетрясение продолжалось около трех лет и сопровождалось более чем 600 толчками.

В настоящее время за землетрясениями ведутся постоянные наблюдение при помощи специальных приборов - сейсмографов, которые обеспечивают автоматическую запись колебаний Земли в виде сейсмограмм.

3.3.1. Оценка силы землетрясений.

Для оценки силы землетрясений используется шкала, сос­тоящая из 12 баллов. (За рубежом шкала Рихтера - из 9 баллов). Каждому баллу отвечает определенная величина сейсмического ускоре­ния - а (мм /сек ), вычисляемая по формуле:

a = A4п²/T

A- амплитуда колебаний, мм;

Т - период колебаний сейсмической волны, сек.

По величине а вычисляют коэффициент сейсмичности:

Ks = a/g

g - ускорение силы тяжести, мм/сек

В таблице 3.3. приведена современная сейсмическая шкала, где каждо­му баллу соответствует определенная величина Ks и дана характерис­тика землетрясений. В целях сравнения приводятся также значения величин сейсмического ускорения a . Необходимо отметить, что при­веденная в таблице оценка степени разрушения зданий, в известной степени является условной.

Землетрясения проявляются лишь в районах геосинклиналей. К та­ким сейсмическим районам относятся: Карпаты, Крым, Кавказ, Копетдаг, Памир, Тянь-Шань, Алтай, Забайкалье, Дальний Восток, Сахалин, Ку­рильские острова и Камчатка.

Имеются карты сейсмического районирования, где показаны территории с силой землетрясения 6-9 баллов.

Сейсмические районы занимают пятую часть территории бывшего СССР. В них располагаются такие крупные города, как Кишинев, Тбилиси, Баку,

Ереван, Ашхабад, Ташкент, Душанбе и т.д.

При работе в районах землетрясений строители должны помнить, что балл, полученный по карте сейсмичности, характеризует усреднен­ные грунтовые условия для всего района и поэтому не отражает кон­кретных особенностей той или иной строительной площадки. Этот балл подлежит уточнению на базе конкретного геолого-литологического стро­ения и гидрогеологических условий площадки. В общем виде это дости­гается увеличением среднего балла на единицу для участков, сложенных рыхлыми породами, в особенности увлажненными, и его уменьшением на единицу для участков, сложенных прочными скальными породами.

Таблица 3.3.

Сейсмическая шкала землетрясений

Моретрясения возникают в глубоких океанических впадинах Тихого, реже Индийского и Атлантического океанов. Быстрые поднятия и опуска­ния дна океанов вызывают смещение крупных масс горных пород и на по­верхности океана порождают огромные волны, высотой до 15-20 м, кото­рые именуются японским словом цунами.

Цунами перемещаются на расстояния в сотни и тысячи километров со скоростью 500-1000 и даже более 1000 км/ч. По мере уменьшения глубины моря, крутизна волн резко возрастает, и они со страшной си­лой обрушиваются на берега, вызывая разрушения сооружений и гибель людей. При землетрясении 1896 г. в Японии были отмечены волны высо­той 30 м. В результате удара о берег они разрушили 10500 домов, по­гибло более 27 тыс.человек.

От цунами чаще всего страдают Японские, Индонезийские, Филиппин­ские и Гавайские острова, а также тихоокеанское побережье Южной Америки. Последнее катастрофическое цунами в этом районе возникло в ноябре 1952 г., в Тихом океане, в 140 км от берега. Перед приходом волны море отступило от берега на расстояние 500 м, а через 40 мин. на побережье обрушилась цунами с песком, илом и различ­ными обломками. Затем последовала вторая волна высотой до 10-15 м, которая довершила разрушение всех построек, расположенных ниже десятиметровой отметки.

Цунами возникают сравнительно редко. За 200 лет на побережье Камчатки и Курильских островов наблюдалось всего 14, из которых че­тыре были катастрофическими.

На побережье Тихого океана созданы специальные службы наблюдения, которые освещают о приближении цунами. Это позволяет вовремя предупредить и укрыть людей от опасности. Для борьбы с цуна­ми возводят инженерные сооружения в виде защитных насыпей, железо­бетонных молов, волноотбойных стенок, создают искусственные отмели. Здания размещают на высокой части рельефа. В Японии, например, вдоль располагают лесополосы, в задачу которых входит снижение силы волны.