Міністерство освіти і науки України
Кафедра цивільного захисту
населення і територій
По предмету «Цивільний захист»
Землетруси - підземні поштовхи і коливання поверхні Землі, викликані природними причинами (головним чином тектонічними процесами) або штучними процесами (вибухи. Заповнення водосховищ, обваленням підземних порожнин гірських виробок). Невеликі поштовхи можуть викликати також підйом лави при вулканічних виверженнях.
Щорічно на всій Землі відбувається близько мільйона землетрусів, але більшість з них так незначні, що вони залишаються непоміченими. Дійсно сильні землетруси. здатні викликати великі руйнування, трапляються на планеті приблизно раз в два тижні. На щастя, велика їх частина припадає на дно океанів, і тому не супроводжується катастрофічними наслідками (якщо землетрус під океаном обходиться без цунамі).
Землетруси найбільш відомі з тих спустошень, які вони здатні зробити. Руйнування будівель та споруд викликаються коливаннями грунту або гігантськими приливними хвилями (цунамі), що виникають при сейсмічних зсувах на морському дні.
Причиною землетрусу є швидке зміщення ділянки земної кори як цілого в момент пластичної (тендітної) деформації пружно напружених порід у вогнищі землетрусу. Більшість осередків землетрусів виникає поблизу поверхні Землі. Саме зміщення відбувається під дією пружних сил в ході процесу розрядки - зменшення пружних деформацій в обсязі всієї ділянки плити і зміщення до положення рівноваги. Землетрус являє собою швидкий (в геологічних масштабах) перехід потенційної енергії, накопиченої в упругодеформірованному (стисливих, що зсуваються або розтягуваних) гірських породах земних надр, в енергію коливань цих порід (сейсмічні хвилі), в енергію зміни структури порід у вогнищі землетрусу. Цей перехід відбувається в момент перевищення межі міцності порід у вогнищі землетрусу.
Межа міцності порід земної кори перевищується в результаті росту суми сил, що діють на неї:
1. Сили в'язкого тертя мантійних конвекційних потоків об земну кору;
2. Архимедовой сили, що діє на легку кору з боку більш важкої пластичної мантії;
3. місячно-сонячних припливів;
4. змінювати атмосферного тиску.
Ці ж сили призводять і до зростання потенційної енергії пружної деформації порід в результаті зсуву плит під їх дією. Щільність потенційної енергії пружних деформацій під дією перерахованих сил наростає практично у всьому обсязі плити (по-різному в різних точках). У момент землетрусу, потенційна енергія пружної деформації у вогнищі землетрусу швидко (майже миттєво) знижується до мінімальної залишкової (мало не до нуля). Тоді як в околицях вогнища за рахунок зрушення під час землетрусу плити як цілого пружні деформації трохи збільшуються. Тому і трапляються часто в околицях головного повторні землетруси - афтершоки. Точно так же малі «попередні» землетруси - форшоки - можуть спровокувати велике в околицях початкового малого землетрусу. Великий землетрус (з великим зрушенням плити) може викликати наступні індуковані землетруси навіть на віддалених краях плити.
З перерахованих сил перші дві набагато більше 3-ої і 4-ої, але швидкість їх зміни набагато менше, ніж швидкість зміни приливних і атмосферних сил. Тому точний час приходу землетрусу (рік, день, хвилина) визначається зміною атмосферного тиску і приливними силами. Тоді як набагато більші, але повільно мінливі сили в'язкого тертя і Архимедовой сили задають час приходу землетрусу (з вогнищем в даній точці) з точністю до століть і тисячоліть.
Глибокофокусні землетрусу, вогнища яких розташовуються на глибинах до 700 км від поверхні, відбуваються на конвергентних межах літосферних плит і пов'язані з субдукцией.
Сейсмічні хвилі, породжувані землетрусами. поширюються на всі боки від вогнища подібно звуковим хвилям. Точка, в якій починається переміщення порід, називається фокусом, осередком або гипоцентром, а точка на земній поверхні над вогнищем - епіцентром землетрусу. Ударні хвилі поширюються в усі сторони від вогнища, в міру віддалення від нього їх інтенсивність зменшується.
Швидкості сейсмічних хвиль можуть досягати 8 км / с.
Типи сейсмічних хвиль
Сейсмічні хвилі діляться на хвилі стиснення і хвилі зсуву.
Хвилі стиснення, або поздовжні сейсмічні хвилі, викликають коливання частинок порід, крізь які вони проходять, вздовж напрямку поширення хвилі, обумовлюючи чергування ділянок стиснення і розрідження в породах. Швидкість поширення хвиль стиснення в 1,7 рази більше швидкості хвиль зсуву, тому їх першими реєструють сейсмічні станції. Хвилі стиснення також називають первинними (P-хвилі). Швидкість P-хвилі дорівнює швидкості звуку у відповідній гірській породі. При частотах P-хвиль, великих 15 Гц, ці хвилі можуть бути сприйняті на слух як підземний гул і гуркіт.
Хвилі зсуву, або поперечні сейсмічні хвилі, змушують частки порід коливатися перпендикулярно напрямку поширення хвилі. Хвилі зсуву також називають вторинними (S-хвилі).
Існує ще третій тип пружних хвиль - довгі або поверхневі хвилі (L-хвилі). Саме вони викликають найсильніші руйнування.
Вимірювання сили і впливів землетрусів
Для оцінки та порівняння землетрусів використовуються шкала магнітуд і шкала інтенсивності.
Шкала магнітуд розрізняє землетрусу за величиною магнітуди, яка є відносною енергетичної характеристикою землетрусу. Існує кілька магнітуд і відповідно магнітудних шкал: локальна магнітуда (ML); магнітуда, визначена за поверхневим хвилях (Ms); магнітуда, що визначається за об'ємним хвилям (mb); моментная магнітуда (Mw).
Найбільш популярною шкалою для оцінки енергії землетрусів є локальна шкала магнітуд Ріхтера. За цією шкалою зростанню магнітуди на одиницю відповідає 32-кратне збільшення звільненій сейсмічної енергії. Землетрус з магнітудою 2 ледь відчутно, тоді як магнітуда 7 відповідає нижній межі руйнівних землетрусів, що охоплюють великі території. Інтенсивність землетрусів (не може бути оцінена магнітудою) оцінюється за тими пошкоджень, які вони заподіюють в населених районах.
Інтенсивність є якісною характеристикою землетрусу і вказує на характер і масштаб впливу землетрусів на поверхню землі, на людей, тварин, а також на природні та штучні споруди в районі землетрусу. У світі використовується кілька шкал інтенсивності: в США - Модифікована шкала Меркалли (MM), в Європі - Європейська макросейсмічною шкала (EMS), в Японії - шкала Шіндо (Shindo).
Шкала Медведєва-Шпонхойера-Карника (MSK-64)
Зміни в грунті досягають величезних розмірів. Численні тріщини, обвали, зсуви. Виникнення водоспадів. подпруд на озерах, відхилення течії річок. Жодне споруда не витримує.
Землетрус починається з розриву і переміщення гірських порід в якомусь місці у глибині Землі. Це місце називається вогнищем землетрусу або гипоцентром. Глибина його зазвичай буває не більше 100 км, але інколи доходить і до 700 км. Іноді вогнище землетрусу може бути і у поверхні Землі. У таких випадках, якщо землетрус сильний, мости. дороги, будинки і інші спорудження виявляються розірваними і зруйнованими
Ділянка землі, в межах якого на поверхні, над вогнищем, сила підземних поштовхів досягає найбільшої величини, називається епіцентром.
В одних випадках пласти землі, розташовані по сторонах розлому,, рухається один на одного. В інших - земля по одну сторону розлому опускається, утворюючи скидання. У місцях, де вони перетинають річкові русла, з'являються водоспади. Склепіння підземних печер розтріскуються і обвалюються. Буває, що після землетрусу великі ділянки землі опускаються і заливаються водою. Підземні поштовхи зміщують зі схилів верхні, пухкі шари грунту, утворюючи обвали і зсуви. Під час землетрусу в Каліфорнії в 1906 році утворилася глибока тріщина на поверхні. Вона простяглася на 450 кілометрів.
Зрозуміло, що різке переміщення великих мас землі в осередку повинно супроводжуватися ударом колосальної сили. За рік люди можуть відчувати близько 10 000 землетрусів. З них приблизно 100 бувають руйнівними.
Як попередити землетрус
Виявляється землетрусу можна попередити. Для цього використовується мережа з автоматичними датчиками. Відстані між датчиками складає близько трьох тисяч кілометрів. Датчики реєструють поле на тих частотах, на яких це поле відчувають тварини. Далі ці датчики передають всю інформацію на центральний пункт. На центральному пункті всі дані обробляються, що дозволяє визначити місце і час майбутнього землетрусу.
Сьогодні землетрусу забирають десятки тисяч життів. Ця проблема існує майже повсюдно. Сучасні прилади можуть визначити початок катастрофи за п'ятнадцять секунд, що зовсім не мало. Адже за цей час можна знеструмити район лиха.
Раніше зустрічалися спроби використання тварин, які відчувають наближення землетрусу за кілька годин до його початку. Також відомий випадок. коли людина визначав час землетрусу з точністю до двох годин, відчуваючи коливання грунту босими ногами. Дуже дивно повелася собака. яка не захотіла повертатися з прогулянки додому і вела себе дуже неспокійно. Землетрус стався, але люди, попереджені господарем собаки, не постраждали. Як пізніше зізнався господар, собака вже пережила землетрус на Камчатці, тому її поведінка його не здивувало.
Вчені різних країн тривалий час намагалися з'ясувати, що відчувають тварини. В експерименті брали участь кілька собак, акваріумні рибки і морської рак. Дані, отримані від тварин в більшості випадків підтверджувалися. Вдалося навіть попередити кілька землетрусів.
В результаті дворічного експерименту була отримана формула, за допомогою якої датчики можуть з вражаючою точністю встановити час і епіцентр землетрусу.
В ході тестування станції попередження було встановлено, що помилки, що виникають при встановленні сили землетрусу, складають приблизно половину бала, а точно розташування епіцентру дорівнює 98%.
Внаслідок впливу землетрусу на промзону підприємства з одним будівлею відбулося повне його руйнування. КЧС об'єкта, штаб ліквідації, разом з рятувальними формуваннями прибули на місце аварії. визначені причини та масштаби руйнування будівлі. Аварійно-рятувальні команди приступили до розробки завалів.
Комісія з НС організує всебічне забезпечення СиДНР, використовуючи для цього фінансові та матеріальні резерви об'єкта. При їх можливе нестачі здійснює поповнення, за заявками, що подаються на підставі розрахунків членів КЧС і служб ЦЗН об'єкта через відповідні служби КТЕБ та НС міста.
Необхідно організувати роботи і забезпечити матеріальними і виробничими ресурсами.
Будівля належить до зони руйнування Д5 - повне руйнування будівлі відповідно до міжнародної модифікованої сейсмічною шкалою MMSK - 86. Кількість людей під завалами 5 осіб. Резервний фонд складає 163 тис. Грн. Довжина, ширина і висота будівлі 30 м, 26 м і 26м відповідно. Відстань до полігону ТПВ складає 20км. Виробнича будівля змішаного типу.
Визначимо параметри завалу.
Азава. (Довжина завалу) = 30м.
Азава. = 2 L + A. де L - дальність розльоту уламків.
Азава. = 2 ∙ 8,7м + 30м = 47,4м
Взав. (Ширина завалу) = 26м
Взав. = 2 L + В = 2 ∙ 8,7м + 26м = 43,4м
h (висота завалу) = γ * H / (100+ K * H) = 22 * 26 / (100 + 0,5 * 26) = 572/113 = 5,1 м.
Визначимо структуру завалу за вагою уламків.
Таблиця 1. СТРУКТУРА ЗАВАЛА ПО ВЕСУ уламків (%)
Розрахунок сил і засобів:
Визначаємо кількість груп для механізованого розбору завалу за формулою
N мр = W / P * T = 2308,1 / 15 * 72 = 2 групи
W зав = γ * Азава * Взав * h / 100 = 22 * 47,4 * 43,4 * 5,1 / 100 = 2308,1
Т = 72 години - 3 зміни по 8 годин, всього роботи на 3 доби.
В одній групі механізованого розбору завалу знаходиться 20 осіб. Необхідно таку кількість техніки на 2 групи: 2 крана (10т), 4 вантажних КамАЗів. 2 бульдозера, 2 екскаватори, 2 освітлювальних станції, 2 компресора і 2 електросилових установки.
Кожній механізованої групи допомагає розбирати завал і групи ручної розбирання.
Ланки ручної розбирання розраховують за формулою:
Np. p = n * k * N м. p
Np. p = 3 * 3 * 2 = 18 ланок ручної розбирання
18 * 5 = 90 осіб ручної розбирання, які працюють позмінно протягом 3 діб.
Розрахуємо матеріальні витрати на наймання робочої сили:
1 зміна - 40 грн. харчування - 25 грн. отже:
Ручне розбирання = 90 * (40 + 25) * 3 = 17550 грн.
Механізована розбирання = (3 * 40) * (40 + 25) * 3 = 23400 грн.
Разом матеріальних витрат: 17550 + 23400 = 40950 грн.
Розрахуємо витрата палива на техніку:
Вартість дизельного палива 7 грн. за літр.
Розрахуємо витрати на роботу крана.
Кран призначений для підйому уламків, вага яких більше 5т.
Відсоток роботи крана = 90%
Розрахуємо загальний час роботи крана = 72 год. * 0,9 = 64,8 годин
Розрахуємо загальна кількість палива, необхідне для крана на весь час роботи = 64,8ч * 8,4 л / ч = 544,32 л
Визначимо загальні грошові витрати на паливо для 2 кранів = 544,32 * 7 * 2 = 7620,48 грн.
Розрахуємо витрати на роботу бульдозера.
Загальний час роботи бульдозера = 72 годин
Розрахуємо загальне грошові витрати на паливо для 2-х бульдозерів = 72 год * 35л / год * 7грн * 2 = 35280 грн
Розрахуємо грошові витрати на паливо для 2-х екскаваторів = 72 год * 14л / год * 7грн * 2 = 14112 грн.
Розрахуємо грошові витрати на паливо для 2-х освітлювальних станцій = 7ч * 3 доби * 2л / ч * 7 грн. * 2 = 588 грн.
Розрахуємо грошові витрати на паливо для 2-х компресорів = 72 год * 6л / ч * 7грн * 2 = 6048 грн.
Розрахуємо витрати на роботу 4 вантажних КамАЗів.
Кількість рейсів = W зав. / 8 м 3 = 2308,1 / 8 = 289 рейсів * 2 = 578 рейсів необхідно для розбору завалу для 4 КамАЗів.
Складемо пропорцію: 100 км - 44,5л, а 20км - Х, отже
Х = 20 * 44,5 / 100 = 8,9 л ДТ необхідно для одного рейсу до полігону ТПВ.
Розрахуємо грошові витрати на паливо для 4 вантажних КамАЗів = 578 рейсів * 8,9 л * 7 грн = 36009,4 грн.
Загальна сума фінансових витрат для розбору завалу становить
= 101673,88 + 40950 = 142623,88 грн.
ВИСНОВОК: З огляду на, що резервний фонд становить 163 000 грн, можна зробити наступний висновок, що в резервний фонд вклалися, а це значить, що начальник фінансового відділу організував правильне проведення робіт при завалі будівлі. Але також ще і залишилися грошові кошти в розмірі 20376,12 грн. (163000 - 142623,88). А ці залишився грошові кошти можна витратити на додаткову техніку і робочу силу, щоб швидше розібрати завал.