Курдюкова Е.А., Ени А.М. Опасные природные процессы

Подождите немного. Документ загружается.



131

здания с металлическим или желе-

зобетонным каркасом



132

9 Кирпичные малоэтажные здания

(один-два этажа)

VI VI-VII VII-VIII VIII-IX

10 Кирпичные многоэтажные здания

(три и более этажей)

VI VI-VII VII-VIII VIII-IX

11 Складские кирпичные здания V-VI VI-VIII VIII-IX IX-X

12 Трубопроводы на металлических

или ж/б эстакадах

VII-VIII VIII-IX IX-X -

Таблица 4. Устойчивость систем жизнеобеспечения, %

Степень повреждения, баллы Система

6 7 8 9 10

Водоснабжение 80/90 53/80 48/53 36/48 24/36

Электроснабжение 85/95 75/85 60/75 43/60 32/43

Газоснабжение 90/95 85/90 77/85 62/77 50/62

Теплоснабжение 85/90 77/85 50/77 28/50 15/28

Транспорт 90/95 85/90 68/85 55/68 20/55

Канализация 100/100 90/100 82/90 55/68 45/60

Связь 100/100 90/100 82/90 55/82 30/55

Примечание: В числителе - % систем жизнеобеспечения, способных к функционированию

немедленно, а в знаменателе - после восстановительных работ в течение суток.

Таблица 5. Безвозвратные (смертельные) потери населения при землетрясениях, %

Интенсивность землетрясения, баллы

5 6 7 8 9 10 11 12

Тип зданий

Безвозвратные потери населения при землетрясениях, %

Деревянные 0 0 0 0 3 40 65 85

Кирпичные малоэтажные (1-2

этажа)

0 0 10 15 50 55 75 85

Кирпичные многоэтажные 0 0 0 3 40 50 75 83

Кирпичные с неполной каркас-

ной стеной

0 0 0 3 40 50 75 83

Каркасно-панельные с расчетной сейсмостойкостью в:

VII баллов 0 0 0 0 15 40 60 80

VIII баллов 0 0 0 0 0 15 40 65

IX баллов 0 0 0 0 0 0 15 50

Промышленные с каркасом среднего типа и расчетной сейсмостойкостью в:

VII баллов 0 0 0 0 15 40 60 80

VIII баллов 0 0 0 0 0 15 40 65

IX баллов 0 0 0 0 0 0 15 50

Промышленные с каркасом тяжелого типа и расчетной сейсмостойкостью в

VII баллов 0 0 0 0 15 40 60 80

VIII баллов 0 0 0 0 0 15 40 65

IX баллов 0 0 0 0 0 0 15 50



133

1.2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОПОЛЗНЕЙ

Большую часть потенциальных оползней можно предотвратить, если своевременно при-

нять меры в начальной стадии их развития. Среди различных мероприятий особенно важное

значение имеют контроль и прогнозирование оползневых процессов. Они необходимы для

расположения объектов в безопасных местах; своевременного предупреждения о возникно-

вении новых или предотвращении опасной величины и скорости смещения уже существую-

щих оползней; выявления необходимости борьбы с оползнями или возможности эксплуата-

ции объектов без укрепления склона.

Для предотвращения возникновения оползней необходимо организовать контроль за со-

стоянием склонов и соблюдение охранно-противооползневого режима, а также проводить

комплекс противооползневых мероприятий с учетом гидрогеологических условий и характе-

ристики оползневого участка. Необходимые для этого данные наносят на крупномасштабные

карты. На них должны быть указаны: устойчивость склонов; возможность производства зем-

ляных работ; гидрогеологические условия района; возвышенности и косогоры; места распо-

ложения стоков, дренажных бассейнов, затопляемых участков и распределение подземных

вод. На эти же карты наносят места прошлых оползней и районы возможного оползания. К

карте прилагается пояснительная записка с подробным описанием оползневого района (уча-

стка).

Теоретический прогноз оползней достаточно сложный, как правило, производится спе-

циалистами оползневых станций (по данным многолетних наблюдений) и может быть только

вероятностным.

Принципиальная схема вероятностного прогноза возникновения нового оползня на есте-

ственном склоне в заданном районе и в заданный период времени Т (по Е.П. Емельянову)

состоит в следующем:

1.2.1. Получение исходных данных:

Определяют среднюю годовую величину коэффициента К

ср

устойчивости данного

склона в настоящее время (т.е. на начало периода Т), под которым понимают отношение

суммарного сопротивления сдвигу вдоль какой-либо потенциальной поверхности скольже-

ния к сумме сдвигающихся усилий

вдоль этой поверхности

ср

=ΣС

i ⋅

/ τ

⋅∆l

, (3.93)

где С

- сопротивление сдвигу на i-ом участке,

- касательная напряжения,

∆l

- абсолютная деформация.

Рассчитывают среднюю скорость необратимых изменений коэффициента устойчивости

склона (за год в настоящее время и ее прогноз на период Т) ∆К

ср

= f (Т).

Определяют зависимость амплитуды А обратимых колебаний коэффициента устойчи-

вости склона от показателей F соответствующих факторов: А = f (ΣF).

Рассчитывают среднюю величину годовой амплитуды А

ср

отрицательного отклонения

коэффициента устойчивости склона и вероятной максимальной ее величины А

max

за период

Т.

1.2.2. Анализ данных:

Определяют возможность оползня. Конечная средняя годовая величина коэффициента

устойчивости склона К

ср

в конце прогнозируемого периода Т составит:

ср

= К

ср

- T⋅∆K

ср



134

Если:

ср

- А

max

> 1 - оползень маловероятен;

ср

- А

max

< 1 - оползень возможен;

ср

- А

ср

< 1 - вероятность оползня очень велика.

Рассчитывают вероятное время t

оп

смещения оползня (лет от начала прогнозируемого

периода), т.е. наиболее вероятно смещение оползня в этот период по формуле

от (К

ср

- А

max

- 1)/ ∆К

ср

до (К

ср

- А

ср

- 1)/ ∆К

ср.

(3.94)

Пример: Определить вероятное время возникновения оползня в горизонтальных

склонах.

Исходные данные: прогнозируемый период Т = 50 лет; значение среднего начального

коэффициента устойчивости склона К

ср

= 1,27. Сравнительно равномерный подмыв по-

дошвы склона и сопутствующие процессы обуславливают среднее годовое уменьшение

коэффициента его устойчивости ∆К

ср

= 5 ·10

-3

; среднее годовое отрицательное отклоне-

ние коэффициента устойчивости склона в результате колебаний его водонасыщения и пе-

регрузки основания наносами А

ср

= ± 3 ·10

-2

Максимальное негативное отклонение коэффициента устойчивости склона за 50 лет (со-

ответствующее наиболее неблагоприятному сочетанию факторов в течение года 2%-й обес-

печенности) А

max

= - 0,1.

Решение:

Наиболее вероятное смещение оползня по формуле 3.94 следует ожидать в период

от (1,27 - 0,10 - 1,0)/0,005 до (1,27 - 0,03 - 1,0)/0,005, т.е. через 34...48 лет.

Следовательно, возведение на этом склоне объекта со сроком амортизации 50 лет и бо-

лее, требует дополнительного проведения противооползневых мероприятий. Тем не менее

временные (рассчитанные на 10...15 лет) объекты в настоящее время и в ближайшие годы

возводить можно.

На практике обычно заблаговременно выявляют условие, изменение которого способно

вызывать оползни участка склона, и выполняют все противооползневые мероприятия, повы-

шающие устойчивость пород. Для этого в пределах выявления причин возникновения ополз-

невых смещений, изучения их динамики и определения противооползневых мероприятий

наблюдение ведут специальные посты со специалистами оползневых станций, в задачу кото-

рых входит контроль: за колебанием уровней воды в колодцах дренажных сооружений, в бу-

ровых скважинах, реках, озерах и водохранилищах; за режимом подземных вод; скоростью и

направлением оползневых смещений; выпадением и стоком атмосферных осадков.

На наиболее ответственных участках такие посты оборудуют створы глубинных реперов

и наблюдают за ними. В качестве реперов обычно используют буровые штанги длиной 2...2,5

м. В районах глубокого промерзания штанги-реперы устанавливают на глубину до 3 м и за-

ливают раствором цемента. Особенно внимательно наблюдение за реперами ведут в осенне-

весенний период, когда выпадает наибольшее количество осадков (являющихся одной из ос-

новных причин возникновения оползней).

На основании анализа результатов проведенных наблюдений выявляют оползневые рай-

оны и выполняют противооползневые работы на тех участках, где зафиксировано смещение

пород.

ЗАДАНИЕ: Определить вероятное время возникновения оползня в горизонтальных склонах.



135

ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА:

№

вариан-

та

Прогно-

зируемый

период,

лет

Значение

среднего на-

чального ко-

эффициента

устойчиво-

сти склона

ср

Среднее го-

довое

уменьшение

коэффици-

ента его ус-

тойчивости

∆К

ср

Среднее годовое отри-

цательное отклонение

коэффициента устой-

чивости склона в ре-

зультате колебаний его

водонасыщения и пе-

регрузки основания

наносами А

ср

Максимальное

негативное

отклонение

коэффициента

устойчивости

склона за 50

лет А

max

35 1,26 4,56·1-

-3

±2,97·10

-2

- 0,11

50 1,27.

5 ·10

-3

± 3 ·10

-2

- 0,13

70 1,28

5,12·10

-3

±3,21·10

-2

- 0,10

1.3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ И ТРАНСФОРМАЦИИ

СЕЛЕВОГО ПОТОКА

1.3.1. ПРОРЫВНОЙ СЕЛЬ

Расчетная схема:

1 - ледник; 2 - озеро;

3 - уровень воды к началу

прогноза; 4 - расчетный

прорывной уровень;

L - кратчайшее расстояние

по горизонтали между основ-

ными перемычками и границей

поверхности воды в озере;

H - высота плотины (ледника);

H - глубина озера в момент

прорыва;

Н - глубина озера на момент

прогнозирования;

H = Н - Н

пл

пр

Рис. 1. Расчетная схема прорывного селя

К основным характеристикам процесса движения и трансформации селевого потока от-

носятся:

1. максимальный расход Q

2. объем выносов W

3. скорость селевого потока V

4. дальность продвижения селевого потока L



136

1.3.1.1. Максимальный расход Q

Для определения максимального расхода селевого потока можно воспользоваться сле-

дующей зависимостью

= (1+0,1 · l · sin

α) · Q

, м

/c, (1)

где

l - длина селевого очага, м;

α - уклон селевого очага, град;

- максимальный расход селеобразующего паводка, м

/c, который определяется из со-

отношения:

= к · S · Н

пл

3/2

· t / L,

Где S - площадь водной поверхности озера на уровне 80% высоты плотины, м

;

t - температура воды в озере, ° С;

k - коэффициент равный 6,25 · 10

-3

1/2

/(с·градус).

1.3.1.2. Объем выносов селевого потока W

Объем селевого потока рассчитывается по формуле

= (1+0,12 · l · sin

α) · W

, м

, (2)

где W

- объем водного паводка, который определяется:

для озера, подпруженного

ледником - W

= 0,2 · S · Н

пл

;

для моренного западин-

ного озера - W

мз

= 5,5 · 10

-2

· S

3/2

;

для моренного

термокарстового озера - W

мт

= 0,1 · S

3/2

где S

- площадь водной поверхности озера при максимальном заполнении, м

1.3.1.3. Скорость селевого потока V

Скорость продвижения селевого потока можно определить по формуле

,sin4,11

⋅⋅= uhU

м/с, (1.2.1.17)

где

- относительная гидравлическая крупность вовлекаемых в поток каменных материа-

лов; u

= 0,7-1,0;

α - средний угол наклона селевого русла, град;

h - средняя глубина потока, м.

Для оперативной оценки величины h обычно принимают:



137

• для маломощного потока 1-1,5 м,

• среднемощного - 2-3 м;

• мощного потока 3-5 м.

1.3.1.4. Дальность продвижения селевого потока L

Дальность продвижения селей определяется в два этапа.

На первом этапе рассчитывается дальность продвижения селевого потока в долине реки

= 12,1W

· i / (dB) , м, (1.2.1.18)

где W

-объем селя, м

;

i - средний уклон долины;

d - средний диаметр анкирующих обломков, принимаемый: для селевых врезов 0,5-0,8 м,

для рытвин 0,3-0,4 м, и для очагов рассредоточенного селеобразования 0,1-0,2 м;

В - среднее расстояние между селевыми береговыми валами.

На втором этапе рассчитывается дальность продвижения селевого потока на конусе вы-

носа, при условии, что L

> L

,d/i)LBdW(6,36L

kDc2

⋅⋅⋅−⋅=

м, (1.2.1.19)

где i

- средний уклон конуса выноса;

- расстояние от конца селевого потока (очага) до вершины конуса выноса, м,

при условии L

> L

, то L

= L

;

< L

, то L

= L

+ L

(1.2.1.20)

где L

- дальность продвижения селя, м.

1.3.2. СЕЛЬ ОТ ДОЖДЕВОГО ПАВОДКА

Величина максимального расхода дождевого паводка в зависимости от высоты слоя за-

данной обеспеченности рассчитывается по формуле

= k

·H

· λ· F , м

/с

Где:

- коэффициент дождевого стока, определяемый по таблице 1.2.1.7;

λ - переходный коэффициент от слоев дождевого стока 1%-ной обеспеченности к слоям

стока другой вероятности;

F - площадь водосбора, км

;

- максимальный суточный слой осадков 1%-ой обеспеченности, определяемой по дан-

ным ближайшей метеостанции.



138

Таблица 1.2.1.7 ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ДОЖДЕВОГО СТОКА

И ПЕРЕХОДНОГО КОЭФФИЦИЕНТА Λ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ РАЙОНОВ

Величина λ, % при вероятности превышения, равной Р,% Районы

0,1 1,0 5,0 10

·10

-3

-1

Северный

Кавказ

1,4 1,0 0,75 0,6 4,2

Восточная

Сибирь

1,5 1,0 0,7 0,56 2,52

Максимальный расход селевого потока от дождевого паводка определяется

= (1+0,1 · l · sin

α) · Q

, м

/c ,

Объем водного паводка, вытекающего при выпадении осадков слоем заданной обеспе-

ченности, определяется

= 9,5 · 10

· H

· λ · F , м

/с.

Остальные показатели определяются по вышеуказанным зависимостям.

Расчетное давление селевого потока на плоскую преграду в зависимости от скорости и

глубины определяется суммированием гидростатических и динамических давлений.

Гидростатическое (статическое) давление селя на сооружение не зависит от его формы и

ориентации и определяется только плотностью и глубиной селевого потока.

Гидростатическое (статическое) давление по глубине потока распределяется линейно,

увеличиваясь с глубиной. Поэтому, при расчетах целесообразно пользоваться средним ста-

тистическим давлением на половинной глубине селя

с.ср

=0,5 g · ρ · h

Где:

с.ср

- среднее статистическое давление селевого потока на сооружение;

ρ - плотность потока, кг/м

;

g- ускорение свободного падения, 9,8 м/с;

h - глубина селевого потока, м.

Динамическое давление селя на сооружение зависит от плотности, скорости и угла

встречи селя с преградой.

При движении селя скорости частиц (массовая скорость) у дна меньше, чем в средней и

верхней части потока.

Однако, различие невелико и им можно пренебречь. Следовательно, можно считать, что

поток движется с равномерной по глубине скоростью

=0,5 С · ρ · V

Где:

- динамическое давление селя на преграду (давление скоростного напора селя);

С - коэффициент взаимодействия потока селя с преградой (С=sin

α, для случая действия

селевого потока на нормали к преграде (α = 90°), когда давление будет максимальным, С =

1); - угол величины встречи потока с преградой;



139

- скорость продвижения селевого потока, м/с, которая может быть определена

по эмпирической зависимости

= 11,4 ·к

где к - коэффициент, учитывающий относительную гидравлическую крупность во-

влекаемых в поток каменных материалов и средний угол наклона селевого русла.

Если провести анализ получаемого динамического давления по зависимости (1.2.1.25),

то можно сделать вывод, что угол встречи оказывает значительное влияние на величину это-

го давления. Так, например, при скорости потока 5 м/с, плотностью 1500 кг/см

, при α =90,

45 и 30° динамическое давление составляет соответственно 0,0187; 0,0938 и 0,0469 МПа, т.е.

при 45° давление упало вдвое, а при 30° - более чем в четыре раза. Однако для суммарного

давления потока на преграду угол встречи оказывает значительно меньшее влияние, по-

скольку для глубины потока более одного метра вклад статического давления превышает ди-

намическую составляющую.

Из вышесказанного следует, что суммарная смещающая сила, действующая на объект,

может быть определена

N = F(P

с.ср

+ P

) или N = F(0,5 g · ρ · h + 0,5 С · ρ · V

Где:

F - площадь проекции обтекаемой части объекта на плоскость, перпендикулярную на-

правлению движения селя, м

Для оценки ожидаемого характера повреждений и разрушений различных зданий и со-

оружений необходимо определить суммарную нагрузку, действующую на объект.

Прогнозирование времени до начала прорыва озера, подпруженного ледником, базиру-

ется на оценке достижения уровня воды 80 - 85 % высоты перемычки (Н

пл

). Для этого необ-

ходимо определить суточный подъем уровня воды в озере (∆h), разность высотных отметок

между уровнями 4 и 3 (см. расчетную схему), площадь водной поверхности (S) к моменту

прорыва. При наличии этих данных время (∆t) до начала прорыва можно определить по сле-

дующей зависимости.

15,0t

∆

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+⋅=∆

Где:

- площадь зеркала озера к началу прогноза.

ЗАДАНИЕ: Дать прогноз и рассчитать процесс движения селевого потока

ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА:

ПРОРЫВНОЙ СЕЛЬ

№ вари-

анта

l, м d,

град

S, м

t, С

пл,

L, м h, м i,

град

d, м B i

∆

1. 150 30 3750 1 280 150 1,5 15 0,5 10 30 100

2. 100 35 4000 2 300 200 2 20 0,4 8 50 200



140

3. 200 40 4350 3 160 180 2,5 10 0,2 7 60 250

СЕЛЬ ОТ ДОЖДЕВОГО ПАВОДКА

(м

/с) № вариан-

та

λ,% F, м

мм

, м ∆h, м

1. 4,2 1,4 30 100 4000 0,10

2. 2,52 1,5 40 150 4600 0,20

3. 4,2 1,0 50 200 4750 0,30

1.4. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛАВИН

Основными параметрами при планировании и выполнении работ по ликвидации схода

лавин, являются: количество и площадь лавинных очагов; сроки начала и окончания авино-

опасного периода; объем лавин; скорость движения; дальность выброса и сила удара; высота

лавинного потока.

Количество и площадь лавинных очагов могут быть определены по топографической

карте (масштаб 1:25000 ... 1:50000), по рельефу местности или на основе данных разведки и

ближайших метеостанций.

Сроки начала и окончания лавиноопасного периода определяют по периоду залегания

устойчивого снежного покрова (по данным метеостанций) с учетом вертикального градиен-

та, составляющего примерно 6...7 дней на 200-250 м высоты.

Степень устойчивости снежных масс оценивают показателем k

= τ

/τ , где τ

- предель-

ное сопротивление сдвигу в плоскости возможного скольжения, τ - касательное напряжение

в этой плоскости от собственного веса снега. Возникновение лавин возможно при k

< 4 , а

при k

< 1 - неизбежно.

Объем лавин рассчитывается по формулам

max

= S · h

max

; V

ср

= k · S · h

ср,

(1.2.1.34)

Где:

S - лавиноактивная площадь;

ср

, h

max

- средняя и максимальная высота снежного покрова в очаге (по многолетним

данным);

k ≈ 0,5 - эмпирический коэффициент.

Скорость лавины определяется по формуле

hg2U ⋅=

, (1.2.1.35)

а динамическое давление на поверхность препятствия, расположенного перпендикуляр-

но направлению движения лавины, равно

= k

· ρ · U

= 2 · ρ · g · h

(1.2.1.36)