Мониторинг зданий, сооружений и территорий для обеспечения безопасности от воздействия опасных процессов

По результатам комплексного анализа полученных данных определяется устойчивость (сейсмостойкость) здания (сооружения)

Кудрин А.Ю., Нигметов Г.М. (ВНИИ ГО ЧС МЧС России), Кофф Г.Л. (ОАО «Росстройизыскания»)

Доклад на Всероссийском конгрессе «Роль инженерных изысканий в обеспечение безопасности зданий, сооружений и территорий»

Москва, май 2006

Для оценки индивидуального риска для населения при возможных геологических опасностях необходимо решить несколько задач. Первое определить возможные очаги геологических опасностей на прогнозируемый период.

Второе определить возможное поле нагрузок в эпицентральной зоне возможных очагов геологических опасностей. Третье, определить уязвимость зданий и сооружений, находящихся в возможной зоне геологического воздействия. Четвёртое, зная уязвимость объектов попадающих в поле нагрузок определить степень повреждения объектов и возможные потери среди населения. Пятое, зная потери среди населения и располагая информацией о количестве людей, находящихся в катастрофических зонах определить индивидуальный геологический риск. При мониторинге краткосрочного риска, эти задачи должны решаться непрерывно во времени на заданных участках местности.

Наиболее сложной задачей является задача определения возможных очагов геологических опасностей в том числе землетрясений на краткосрочный период времени, дней. В Агентстве МЧС России по мониторингу и прогнозированию чрезвычайных ситуаций в научно-экспериментальном порядке с 1999 г. ведётся работа по краткосрочному выявлению зон сейсмической активности территорий на основе комплексного анализа предвестниковой информации по изменению портретов метеорологических, облачных, сейсмических и электромагнитных параметров. Результаты прогнозов по территории Евразии в виде зон трех категорий: легкой (М меньше либо равно 4,5); средней (М больше 4,5, но меньше 6,5); сильной (М больше 6,5) помещались на веб-сайте Агентства за 3-7 дней вперёд. Результаты прогнозов оказались точными для сильных сейсмических событий в Иране (декабрь 2003 г.; в районе г. Бам, 2006 г.), северной Африки (2004 г.), Японии (2004 г.).

Последнее, сильное Пакистанское землетрясение 2005 г. не оказалась в зоне контроля систем мониторинга Агентства, но развитие зон сейсмической активности по соседству явно показало подготовку крупного очага. Мониторинг территорий можно выполнять, используя не только космические снимки, но можно использовать широко доступные метеорологические и сейсмические данные.

Многолетний анализ данных по изменению атмосферного давления показывает, что атмосферное давление является достаточно чувствительным параметром и его можно использовать для оценки сейсмической активности. Так за 7 дней до сильного землетрясения в эпицентральной зоне и её ближайших окрестностях в радиусе до 500 км наблюдаются резкие 12 часовые скачки атмосферного давления.

Наиболее рельефно перед землетрясением проявляет себя изменение портрета облачности. Вероятно, перед землетрясением происходят сверхнизкочастотные подёргивания земной коры, что приводит к выбросу в атмосферу не только всевозможных электромагнитных частиц, аэрозолей, но и мелких пылинок, что приводит к образованию «инверсионных» следов, как после пролёта реактивных самолётов. Было выделено несколько типов портретов облачности, которые себя проявляют перед землетрясением в зависимости от мощности готовящегося землетрясения. Также характерно перед землетрясением проявляет себя электромагнитная активность в виде молниевых разрядов, координаты и мощность которых засекалась системой мониторинга Агентства, молниевая активность за две недели до землетрясения растёт и за 3-5 дней перед землетрясением падает до ноля. Характерные особенности были также выделены после анализа с применением специального алгоритма непрерывных сейсмических записей, разработанного профессором Трофимовым Р.С. Выявлено, что перед землетрясением определённым образом соотносятся низкочастотная и высокочастотная составляющие сейсмических колебаний.

Подтверждение предполагаемой гипотезы о сверхнизкочастотных колебаниях в эпицентральной и близким к ним зонах, удалось получить Машимову М.М., Нигметову Г.М., Сосунову И.В. при выполнении геодинамических наблюдений с применением высокоточных геодезических GPS приемников в районе Кавминвод. Были зарегистрированы сверхнизкочастоные колебания земной коры с периодом колебаний 1,5 часа, размах колебаний составлял 30 см, одновременно было зарегистрировано резкое падение атмосферного давления и изменение уровня воды в артезианских скважинах.

Этот факт подтверждает прямую связь между геодинамическими и атмосферными процессами. Многолетние данные, полученные с применением технологии «портретов» дали смелость заключить, что можно накануне выделять возможные очаги землетрясений и других геологических опасностей.

Для построения возможного поля ускорений в эпицентральной зоне необходимо знать не только параметры землетрясения, но и геологические и тектонические данные, и очень важно по нашему мнению знать рельеф местности. Проведённые нами исследования с анализом произошедших землетрясений показали, что преобладающую роль в формировании поля ускорений играет рельеф местности. В разработанной в настоящее время нами модели поле ускорений формируется только с учётом влияния тектоники и региональных геологических констант.

Для расчёта возможных последствий воздействия сейсмических ускорений на здания и сооружения и находящихся в них людей важно знать сейсмостойкость зданий и сооружений и геофизические и геологические параметры грунтового массива. Разработанная в Агентстве технология позволяет выполнять оценку сейсмостойкости системы грунт-здание с применением метода динамических испытаний. Суть метода заключается в том, что по соседству с испытываемым зданием устанавливается сейсмоимпульсная машина, которая создаёт импульс амплитуды от 9 Т с временем нарастания 2 мс и временем спада до 10 мс. Трехкомпонентные датчики ускорения устанавливаются на маршруте движения сейсмоимпульса на поверхности грунта и в самом здании по всей высоте. Динамические испытания проводятся последовательно от более общего к более частному, то есть от испытания всей системы «грунт-здание» до испытания выявленных слабых отдельных конструктивных элементов.

Дополнительно проводится изучение грунтового массива с применением метода сейсморазведки и электромагнитной томографии с использованием георадаров. Изучение прочности и геометрии конструктивной системы и её отдельных элементов с использованием высокоточных геодезических приборов, георадаров, ультразвуковых приборов, склерометров, электромагнитных приборов. По результатам комплексного анализа полученных данных определяется устойчивость (сейсмостойкость) здания (сооружения) и степень геологической опасности площадки. Полученные результаты по параметрам возможного очага геологической опасности и степени опасности грунтового массива, а также устойчивости (сейсмостойкости) здания (сооружения) являются исходными для модели по оценке последствий, встроенной в геоинформационную систему.