Сейсмическое микрорайонирование местности
В России районы с сейсмичностью 7 баллов и выше охватывают более 2 млн. км2 площади. Это составляет более 12% всей территории страны. В этих районах расположено свыше 1300 городов и населенных пунктов. К наиболее опасным в сейсмическом отношении регионам относятся Камчатка и Курильские острова (более 9 баллов), Забайкалье, Прибайкалье, южные районы Красноярского и Алтайского краев (6-9 баллов), Дагестан (8 баллов). Сейсмические катастрофы сопровождаются многочисленными жертвами и разрушениями. Материальный ущерб от разрушительных землетрясений исчисляется сотнями миллионами и миллиардами.
В настоящее время остро стоит вопрос о слабосейсмичных территориях. Это связано с концентрацией населения и увеличением числа сооружений повышенной опасности в районах с сейсмичностью 5-6 баллов, где возможен рост потерь от землетрясений. Площадь 6-бальной сейсмичности в России составляет около 2,5 млн. км2, это примерно 15% территории страны.
Для оценки опасности разрушений от землетрясений разрабатываются карты сейсмического микрорайонирования городов и областей. Качество таких карт зависит от полноты и достоверности исходной сейсмологической информации, полученной при общем и детальном сейсмическом районировании, от результатов специальных геолого-геофизических исследований.
Величина и характер сейсмического воздействия определяются, помимо региональных, многочисленными локальными особенностями геологической среды (литологический состав и физико-механические свойства грунтов, строение геологического разреза, гидрогеологические условия, рельеф, физико-геологические процессы, наличие тектонических разрывов и т.д.). Кроме того, под воздействием хозяйственного освоения, особенно на территориях городов и других населенных пунктов, происходит техническое изменение геологической среды, что приводит к изменению локальных сейсмических условий.
Основным факторами природно-техногенной обстановки, определяющими методику проведения сейсмического микрорайонирования территорий, являются сложное структурно-тектоническое и геолого-литологическое строение территорий, развитие опасных геологических процессов.
В наибольшей степени инженерно-геологические условия территории меняются в результате развития процессов подтопления. При этом происходит ухудшение условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений, связанное с изменением свойств грунтов. Интенсивность этих изменений зависит от состава, строения, напряженного состояния грунтов, а также от состава и минерализации техногенных вод. В самом начале развития процесса подтопления изменяется консистенция грунтов, а спустя 3-5 лет с момента обводнения начинаются изменения в минералогическом составе, пористости и плотности грунтов. Изучение сейсмических свойств грунтов инструментальными методами показало, что скорости поперечных сейсмических волн в просадочных породах несколько выше скоростей в аналогичных породах, находящихся в замоченном состоянии. Сейсмологические наблюдения за колебаниями грунтов от взрывов показывают наибольшие приращения сейсмической интенсивности на водонасыщенных грунтах и просадочных суглинках. Изменение свойств грунтов происходит и из-за осушения территории.
Для территорий распространения вечномерзлых грунтов сейсмическое микрорайонирование проводится с учетом прогнозного изменения свойств мерзлых грунтов.
На сегодняшний день на основе обобщенного анализа была составлена краткая инженерно-сейсмологическая характеристика основных сейсмических регионов РФ и для каждого региона выделены характерные инженерно-геологические и сейсмологические особенности, влияющие на проведение работ по сейсмическому микрорайонированию.
Система сейсмического районирования позволяет рассчитать сейсмостойкость конкретных зданий и сооружений. Она включает общее сейсмическое районирование страны (ОСР) в масштабе 1:2500000, детальное сейсмическое районирование территорий (ДСР) перспективного хозяйственного освоения в масштабе 1:500000-1:200000 и сейсмическое микрорайонирование (СМР) для оценки сейсмических условий территорий городов, населенных пунктов и площадок строительства в масштабе 1:25000-1:5000. Сейсмическое микрорайонирование входит в состав инженерных изысканий и выполняется специализированными изыскательскими организациями.
Сейсмическое микрорайонирование, конечным результатом которого является разработка крупномасштабных карт, позволяющих с высокой степенью детальности оценивать локальные инженерно-сейсмические условия, является одним из важнейших элементов в комплексе защитных мероприятий, обеспечивающих повышение безопасности жилищно-гражданского, промышленного и сельского строительства в сейсмических районах.
Карты сейсмического микрорайонирования учитываются всеми организациями, ведущими изыскания, проектирование и строительство.
В основу сейсмического микрорайонирования положена технологическая схема, реализующая принцип комплексирования инженерно-геологических, инструментальных и расчетных методов, применяемых для построения карт сейсмического микрорайонирования с учетом социально-экономических последствий ожидаемых сильных землетрясений, категории сейсмической опасности зданий и сооружений, сложности инженерно-геологических условий и исходной сейсмичности территорий.
В состав инженерно-геологических исследований входит сбор и обобщение материалов прошлых лет, комплексная инженерно-геологическая съемка соответствующего масштаба, включающая инженерно-геологическое рекогносцировочное обследование территории горно-буровые и геофизические работы, а также камеральные и картосоставительские работы.
Особое внимание уделяется изучению разрывных тектонических нарушений, многолетнемерзлых грунтов, оползней и пр. Геофизические методы привлекаются для определения глубин залегания кровли коренных пород, литологического расчленения грунтов, глубин залегания уровня подземных вод, выявления и прослеживания зон повышенной трещиноватости пород и трассирования разрывных тектонических нарушений, выявления и оконтуривания в плане участков многолетнемерзлых грунтов и т.д.
По результатам инженерно-геологических работ составляется комплект вспомогательных карт, состав и содержание которых изменяется в зависимости от местной инженерно-геологической обстановки территории. Итоговой является специальная карта инженерно-геологического районирования, являющаяся инженерно-геологической основой карты сейсмического микрорайонирования.
На карте сейсмического микрорайонирования выделяются зоны с различной сейсмической бальностью, как правило, соответствующие границам таксономических единиц, установленных по инженерно-геологическим данным. Приводятся расчетные амплитудно-частотные характеристики грунтов. Выделяются участки, неблагоприятные в сейсмическом отношении.
Для застраиваемых (осваиваемых) территорий первоочередное значение имеет оценка влияния техногенных процессов на изменение сейсмичности площадок строительства.
Технологическая схема прогноза изменения сейсмических параметров грунтов (сейсмических воздействий) осваиваемых территорий сводится к следующему:
выявление региональных инженерно-геологических и сейсмических условий осваиваемой территории;
прогноз развития инженерно-геологических процессов и явлений под воздействием техногенеза;
прогноз изменения инженерно-геологических свойств грунтов под влиянием техногенеза;
сейсмологические наблюдения на участках техногенно измененных грунтов и участках естественного сложения грунтов;
прогноз изменения сейсмических свойств грунтов;
лабораторные определения динамической устойчивости грунтов естественного сложения и техногенно измененных грунтов при максимально возможных для данной территории сейсмических воздействиях;
расчет ожидаемых спектральных характеристик колебания коренной основы при наиболее опасных землетрясениях;
расчет спектральных характеристик колебаний рыхлой осадочной толщи и техногенно измененных грунтов;
анализ данных по динамической устойчивости грунтов, теоретическим расчетам и сейсмологическим наблюдениям и составление прогноза по ожидаемым сейсмическим колебаниям и устойчивости грунтов оснований;