2.4. Допустимые и критические скорости колебаний зданий и сооружений при сейсмическом действии взрыва

Общепринятым критерием оценки сейсмического действия взрывов в России является допустимая скорость колебаний в преобладающей по интенсивности волне.

Анализ результатов экспериментальных исследований составляющих по осям x, y, z в скальных породах показывает, что в области расстояний (сейсмика ближней зоны) основная энергия сейсмических колебаний связана с горизонтальной составляющей скорости колебаний продольной волны. В области промышленной сейсмики , где наблюдается переход преобладающих колебаний от продольной к поперечной волне, удельный вес u_x снижается. И в области сейсмики дальней зоны , где преобладают поверхностные волны, составляющие скоростей колебаний распределяются по осям примерно одинаково.

Допустимой скоростью колебаний называется такая скорость, при которой сохранение зданий или сооружений полностью гарантировано, а возможные локальные деформации не превысят прогнозируемые. Допустимая скорость колебаний зависит от конструктивных особенностей, строительных материалов, назначения, физического состояния и сроков службы зданий или сооружений.

Кроме допустимой скорости u₀ для решения некоторых практических задач необходимо введение предельной скорости колебаний u_пр, соответствующей граничным условиям сохранности зданий или сооружений. При возбуждении в массиве пород скорости колебаний выше допустимой сохранность зданий или сооружений носит вероятностный характер (см. выражение 12, рис. 1), реализация которого оценивается конструктивными особенностями здания и его наследственностью. Тогда критическая скорость колебаний – это такая предельно допустимая скорость, выше которой вероятность нарушений зданий и сооружений составляет более 0,5.

(11)

где u_i – фактическая скорость колебаний, реализуемая в процессе сейсмического действия взрыва.

Предельно допустимая скорость может быть принята в 2 раза выше допустимой.

Рис. 1. Вероятность сохранности зданий и сооружений в зависимости

от отношения фактической скорости колебаний к допустимой

Ведение взрывных работ возможно лишь при допустимых скоростях колебаний и только в отдельных случаях можно допускать однократное производства взрывных работ при предельной скорости колебаний. При этом в каждом случае ситуация должна оцениваться с учетом экономических факторов восстановления зданий или сооружений.

Допустимые и предельные скорости колебаний определяются на основании специальной шкалы, разработанной Геофизическим институтом АН СССР для оценки последствий землетрясений, но применимой с определенными коэффициентами для оценки последствий взрывов. Наиболее важная для практики часть шкалы от 6 до 10 баллов утверждена в качестве стандарта (ОСТ 4537 – взамен ГОСТ 6249-52). Сейсмические колебания в области от 1 до 5 баллов не причиняют вреда сооружениям, большие – от 10 до 12 не допустимы по техническим условиям. Эта шкала (табл. 1) учитывает характер сотрясений, допустимую и предельную скорость колебаний и возможные в этих условиях нарушения зданий или сооружений. Из приведенных данных видно, что для обеспечения полной безопасности сооружений допустимые колебания должны быть снижены на один балл.

Допустимая скорость колебаний зависит от назначения и состояния зданий и сооружений того или иного класса. В соответствии со СНиП II-А. 1-54. здания и сооружения подразделяются на IV класса. I класс – особо ответственные здания и сооружения, ведение взрывных работ вблизи которых возможно лишь в исключительных случаях. II класс – сооружения промышленного назначения большой важности: трубы, здания цехов больших размеров, копры шахт и т.п. со сроком службы 20-30 лет; здания и сооружения гражданского назначения с большим скоплением людей, жилые дома, кинотеатры и т.п.; III класс – сооружения промышленного и служебного назначения сравнительно небольших размеров в плане и не выше трех этажей; жилые дома, магазины, бытовые комбинаты и т.п.; IV – здания промышленного и гражданского назначения с ценными и дорогостоящими машинами и приборами, нарушение которых не угрожает жизни и здоровью людей: складские помещения, экипировочные пункты для транспорта, здания компрессорных установок и т.п.

Если в группе зданий находится несколько сооружений разных классов, то допустимая скорость принимается для наиболее важных или наиболее нарушенных зданий и сооружений.

Таблица 1

Баллы	Характеристика колебаний и вызываемых ими нарушений	Скорость колебаний см/с
		допустимая	предельная
I	Колебания отмечаются только приборами	0,2	0,2
II	Колебания отмечаются в отдельных случаях при тишине	0,2	0,4
III	Колебания отмечаются некоторыми людьми или знающими о взрыве	0,4	0,8
IV	Колебания отмечаются многими людьми, дребезжание стекол	0,8	1,5
V	Осыпание побелки, повреждение штукатурки и отдельных ветхих зданий	1,5	3,0
VI	Тонкие трещины в штукатурке, повреждение зданий, имевших деформацию	3,0	6,0
VII	Повреждение зданий, находящихся в удовлетворительном состоянии, трещины в штукатурке, падение кусков штукатурки, тонкие трещины в сочленениях и перекрытиях стен	6,0	12,0
VIII	Значительные повреждения зданий, трещины в несущих конструкциях и стенах, большие трещины в перегородках, обвалы штукатурки	12,0	24,0
IX	Разрушение зданий, большие трещины в стенах, расслоение кладки, падение некоторых участков	24	48,0
X-XII	Большие разрушения и обвалы зданий	> 24	>48

Допустимые скорости колебаний грунта в основании зданий и сооружений в зависимости от их класса представлены в табл. 2.

Наиболее характерными деформациями, наблюдаемые в зданиях при действии взрыва, являются трещины в несущих конструкциях, расслоение кирпичной кладки, нарушение связи между отдельными элементами. В зданиях и сооружениях, имеющих антисейсмическое усиление, серьезных деформаций в несущих элементах не наблюдается, поэтому все антисейсмические мероприятия относятся к зданиям и сооружениям без специальных антисейсмических усилений. В таких зданиях повреждения обычно приурочены к конструкциям, расположенным вдоль распространения волн. Особенно значительны нарушения в зданиях и сооружениях, имеющих сложную форму и неравномерную жесткость. В связи с этим взрывные работы должны вестись при строгом соблюдении допустимых скоростей колебаний с учетом волнового действия взрыва в окрестностях здания.

Таблица 2

Характеристика зданий и сооружений	Допустимая скорость колебаний грунта по классам сооружений, см/с
	II	III	IV
Здания и сооружения промышленного или гражданского назначения с железобетонным или стальным каркасом с навесными панелями или легким заполнителем, имеющие антисейсмическое усиление без дефектов и повреждений	5,0	7,0	10,0
Здания или сооружения промышленного или гражданского назначения с железобетонным или металлическим каркасом с заполнителем, без антисейсмического усиления, без дефектов и повреждений	2,0	5,0	7,0
Каркасные здания с каменным заполнителем, имеющем трещины. Кирпичные и крупноблочные здания без дефектов и повреждений	1,5	3,0	5,0
Каркасные здания с трещинами. Кирпичные и крупноблочные здания с отдельными небольшими трещинами в стенах и перегородках	1,0	2,0	3,0
Каркасные здания с трещинами в каркасе и нарушениями связей между отдельными элементами. Кирпичные и крупноблочные здания с большими трещинами в стенах	0,5	1,0	2,0
Крупнопанельные здания, каркасные здания с коррозией арматуры и крупными трещинами, кирпичные и блочные здания с большим числом трещин и нарушением связей между стенами	0,3	0,5	1,0