ДИПЛОМ / Раздел ДП Безопасность и охрана труда, Методические указхапния и примеры расчета / ПРимеры выполнения расчетов по ОТ

Имеют характер грязевых, водокаменных или грязекаменных потоков. Максимальная высота потока – 20 м; ширина потока – 3-100 м; глубина потока – 1,5- 15 м; протяженность русла – десятки километров; Размеры валунов – 3-10 м; продолжительность прохождения – 1-8ч. По мощности селевые потоки могу быть: катастрофические – вынос более 106 м3; мощные – вынос 100 000-100000 м3; средней мощности – вынос 10 000 – 100 000 м3; слабой (малой) мощности вынос менее 10 000 м3 [25]. Первичные поражающие факторы селей – это быстрое перемещение огромных масс вещества (грязи, воды, камней) по руслам горных рек. (1 м3 селевого потока весит 2 тонны, 1 м3 воды – 1 тонну). Вторичные – разрушение и снос зданий, сооружений, дорог, мостов, водопроводных и канализационных сетей, линий связи и электропередач; размывы; затопление территории; пожары; завалы посевов, садов, пастбищ, магистральных каналов оросительных систем.

Снежнаялавина– снежный обвал, масса снега, падающая или сползающая с горных склонов и увлекающая на своем пути новые массы снега. Скорость сухих лавин достигает 100 м/с, скорость мокрых лавин – 10...20 м/с. Первичными поражающими факторами лавины являются: воздушная ударная волна (вал сжатого воздуха перед фронтом лавины); стремительно передвигающейся по горным склонам плотный поток различных модификаций снега, камней, гальки; смерзшаяся в монолит снеговая масса. Вторичными – разрушения и завалы зданий, дорог, мостов; обрыв линей электропередач, связи; запруживание горных рек.

15.3. Очаг поражения при землетрясении

Очаг поражения (зона чрезвычайной ситуации) – это территория или акватория, на которой в результате возникновения источника чрезвычайной ситуации происходит поражение людей, нарушаются условия безопасности жизнедеятельности или наносится материальный ущерб объектам экономики и окружающей природной среде. Из многочисленных очагов поражения, возникающих в результате различных стихийных бедствий, наиболее значительными по масштабам последствий являются очаги, образующиеся при землетрясениях. Очагом поражения при землетрясении называется территория, в пределах которой произошли массовые разрушения и повреждения зданий, сооружений и др. объектов, сопровождающиеся поражениями и гибелью людей, животных и растений [13]. Очаги массового поражения возникают обычно в районе землетрясения, где его интенсивность 7-8 баллов и более. Большинство зданий получают средние и сильные разрушения.

В районе землетрясения может быть один или несколько очагов поражения. Очаги поражения при землетрясениях по характеру разрушений зданий и сооружений можно сравнить с очагами ядерного взрыва. Оценка возможных масштабов разрушения при землетрясении может быть проведена аналогично оценки разрушений ядерного взрыва, а в качестве критерия берется максимальная интенсивность землетрясения в баллах. Сейсмические волны могут быть продольные и поперечные.

317

Очаг землетрясения (гипоцентрземлетрясения),обычно расположен на глубине А от 8 до 65 км. Если глубина очага землетрясения h неизвестна, то ее принимают равной 20 км. Эпицентромземлетрясенияназывается проекция гипоцентра (очага землетрясения) на поверхность Земли.

Землетрясения могут быть природного и техногенного характера. Основные характеристики землетрясения: магнитудаМ – это амплитуда горизонтального смещения, измеряемая по 9 бальной шкале Рихтера; интенсивностьJ– качественный показатель последствий землетрясения, оценивается по 12 бальной шкале MSK; энергияземлетрясенияЕ, оценивается в джоулях (Дж).

В очаге поражения образуется четыре зоны: полных (избыточное давление Рф = 50кПаи более), сильных (ΔРф =30...50кПа),средних (ΔРф =20...30кПа),сла-

бых разрушений (ΔРф=10...20кПа).

Характер и степень ожидаемых разрушений могут быть определены для различных значений интенсивности землетрясения в баллах и соответствующих им значений избыточного давления в кПа (табл. 15.2).

Основные характеристики землетрясения можно рассчитать по формулам в зависимости от магнитуды [24].

Магнитуда – это логарифм амплитуды максимального смещения грунта в мм на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения.

Таблица 15.2 – Степени разрушения зданий и сооружений в зависимости от интенсивности землетрясения (J, балл) и магнитуды (М, балл)

J,	Тип землетрясения	Рф	балл	Последствия
алл		кПа
V	Умеренное,	5	3	Разрушение остекления
	Довольно сильное,	10 ...20	5	Среднее разрушение деревянных
-VI	сильное			зданий, слабые – кирпичных, у лю-
				дей легкие травмы
	Очень сильные	30	6	Сильные – деревянных зданий, сред-
II				ние – кирпичных (до 30 км), у людей
				легкие травмы (ушибы, ссадины)
	Разрушительное	40	6,5	Сильные – кирпичных зданий, тре-
III				щины в почве, у людей легкие трав-
				мы
	Опустошительное	50	7	Сильные всех, разрыв коммуникаций
X				(до 80 км), у людей травмы средней
				тяжести
	Уничтожающее	60	7,5	Обвалы, разрушения магистралей (до
				120 км), у людей тяжелые травмы
				(переломы черепа, разрывы внутрен-
				ностей)
I-XII	Катастрофическое	70-80	8-9	Изменение рельефа (до 160 км)

Энергия землетрясения Еопределяется по формуле

318

Е=10(5,24+1,44М)

(15.1)

где М – магнитуда (измеряется в баллах от 0 до 9 по шкале Рихтера). Интенсивность землетрясения зависит от магнитуды, измеряется в баллах от 1 до 12 и находится из выражения

J=1.5(M-1). (15.2)

Интенсивность землетрясения на расстоянии R от эпицентра рассчитывается по формуле

JR 1,5M 3,5lg

R2 h2

3

(14.10)

где h– глубина очага (в расчетах принимается h=20 км).Расстояние от эпицентра, на котором возможно возникновение колебаний определенной интенсивности, рассчитывают по формуле

R h

100,57(Jo JR ) 1,

(15.3)

где Jo– максимальная интенсивность в эпицентре землетрясения, балл; JR– интенсивность землетрясения на расстоянии R, балл.

Время прихода поверхностных сейсмических волн можно определить по формуле

t1 =h/υnp+R/υпов

(15.4)

где υnp – скорость распространения продольных волн, км/с (υnp =6,9 км/с– гранит; υnp =6,1– осадочные породы);

υпов – скорость распространения поверхностных волн, км/с (υпов= 5,6км/с– гранит; υпов =4,0– известняк; υпов = 1,5– щебень, гравий, галька; υпов = 1,0– песчаный грунт; υпов =0,35 – насыпной грунт).

Время прихода продольных сейсмических волн на расстояние Rопределяется из выражения

	t2		R h2	.	(15.5)
			2
			vпр

Степень разрушения зданий и сооружений в зависимости от интенсивности землетрясения (J,балл) и магнитуды (М, балл) определяется по справочным таблицам (табл. 15.2).

Оценка устойчивости объекта к воздействию сейсмической волны заключается в выявлении основных элементов объекта (цехов, участков производства, систем), от которых зависит его функционирование и выпуск необходимой

319

продукции; определении предела устойчивости каждого элемента, сопоставле- ния найденного предела устойчивости объекта с ожидаемым максимальным значением сейсмической волны и выводах о его устойчивости (табл. 15.3).

Таблица 15.3 – Степень ожидаемых разрушений объектов при землетрясении

	Характеристика зданий и сооружений		Разрушения, баллы
		слабые	средние	сильные	полные
	1	2	3	4	5
1.	Массивные промышленные здания с метали-ческим кар-	VII - VIII	VIII - IX	IX-X	Х-XII
касом и крановым оборудованием грузоподъемностью 25-
50 т
2.	Здания с легким металлическим каркасом и бескаркасной	VI - VII	VII - VIII	VIII - IX	IXXII
конструкции
3.	Промышленные здания с металлическим каркасом и бе-	VI-VII	VII - VIII	VIII - IX	IX-X
тонным заполнением с площадью остекления 30%
4.	Промышленные здания с металлическим каркасом и	VI - VII	VII - VIII	VIII - IX	IX-X
хрупким заполнением стен и крыши
5.	Здания из сборного железобетона	VI - VII	VII - VIII	VIII - IX	VIII - XI
6.	Кирпичные бескаркасные производственно-	VI - VII	VII - VIII	VIII - IX	IXXI
вспомогательные одно- и многоэтажные здания с перекры-
тием (покрытием) из железобетонных сборных элементов
7.	Кирпичные бескаркасные производственно-	VI	VI - VII	VII - VIII	VIII - XII
вспомогательные одно- и многоэтажные здания с перекры-
тием из деревянных элементов
Продолжение таблицы 15.3
	1	2	3	4	5
8.	Административные многоэтажные здания с металличе-	VII - VIII	VIII - IX	IX-X	Х- XI
ским или железобетонным каркасом
9.	Кирпичные малоэтажные здания (1...3 этажа)	VI	VI - VII	VII - VIII	VIII - IX
10. Кирпичные многоэтажные здания (3 и 5олее 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 железо-бетонных		VII - VIII	VIII - IX	IX-X	Х-XII
эстакадах

Минимальныйпределустойчивостиэлементов объекта (зданий и соору-

жений) к сейсмической волне выбирается из табл. 15.3 по нижней границе диапазона средних разрушений (выделено жирным шрифтом), а объекта а целом – по минимальному пределу входящих в его состав элементов [13].

Пример15.1.Магнитуда в эпицентре землетрясения по шкале Рихтера М = 9баллов.На объекте, расположенном в 10 км от эпицентра, имеются массивные промышленные здания с металлическим каркасом и крановым оборудованием грузоподъемностью 25-50 т (позиция №1, табл. 15.3), складские кирпичные здания (позиция №11), трубопроводы на металлических и железобетонных эстакадах (позиция №12).

Определить характер разрушения объектов при землетрясении определенной интенсивности. Рассчитать энергию землетрясения.

Решение. Определим энергию землетрясения по формуле (15.1):

320

Е=10(5,24+1,44М) =10(5,24+1,44·9) =1018,2= 15·1014 кДж.

Определим интенсивность землетрясения в эпицентре по формуле (15.2):

J =1,5(М–1)=1.5(9–1)=12баллов(по шкале MSK)

Определим интенсивность землетрясения на заданном расстоянии R = 10 кмпо формуле (15.3):

JR 1,5M 3,5lgR2 h2 3= 1,5 9 3,5lg102 202 3=11баллов

По табл. 15.3 найдем минимальный предел устойчивости и характер разрушения объектов. Для объекта №1 минимальный предел устойчивости - VIII баллов, поэтому при землетрясении в 11 баллов он получит полные разрушений. Для объекта №11 минимальный предел устойчивости - VI баллов, он получит полные разрушения. Для объекта №12 минимальный предел устойчивости - VIII баллов и он получит полные разрушений. Полученные данные занесем в табл. 15.4.

Таблица 15.4 – Результаты разрушения объекта от природного землетрясения

№	Характеристика объек-	Магнитуда земле-	Ожидаемая интен-	Предел устойчи-	Характер раз-
объекта	та	трясения М, балл	сивность земле-	вости объекта	рушений
			трясения	в баллах
			J,балл
1	Массивные	9	11	VIII	полные
	промышленные
	здания
11	Складские	9	11	VI	полные
	кирпичные здания
12	Трубопроводы	9	11	VIII	полные

Вывод. Все здания и сооружения получат полные разрушения.

Землетрясения техногенного характера возможны при проведении взрывных работ, при плановом обрушении здании, при аварийных взрывах емкостей с углеводородными газами или сосудов под давлением и пр. (см. главу 13). Степень ожидаемых разрушений на объекте может быть определена по ожидаемому избыточному давлению воздушной ударной волны Р (кПа) и со-

ответствующих значений интенсивности землетрясения в баллах (табл. 15.2). Для определения избыточного давления взрыва газовоздушной (ГВС) или

топливовоздушной смеси (ТВС) можно использовать формулы

-при К<2	P		700			(15.6)
	3(		1 29,8K3 1)

321

	-при К>2	22					(15.7)
		P
			K( lgK 29,8K3 0,158)
		где К– относительная величина;
			K=0,24(R/R1),				(15.8)

где R–расстояние от центра взрыва до точки, где определяется избыточное давление, м;

R1 –радиус зоны детонационной волны, м,

R1 =17,5·3 Q ,

(15.9)

где Q–количество взрывоопасной смеси (углеводородного газа) в емкости, т.

Пример 15.2. Расстояние от емкости до цеха R = 600 м. Определить избыточное давление ударной волны в районе механического цеха при взрыве емкости с бутаном Q = 100 т, определить соответствующий балл по шкале интенсивности землетрясения и оценить характер разрушения объектов №1,11,12 (см. табл. 15.3).

Решение. Определим коэффициент K по формуле (15.8)

K= 0,24 (R/R1) = 0,24 (600/17,53100) = 1,8<2

Найдем избыточное давление ударной волны ΔPкПа по формуле (15.6), т.к. K < 2:

P		700			20кПа
3(		1 29,8 1,83 1)

Соотношение в баллах интенсивности землетрясения для избыточного давления АР определим по табл. 15.2.

Избыточному давлению Р= 20 кПа соответствует VI баллов по шкале интенсивности землетрясений.

Определим характер разрушения объектов. Занесем исходные и полученные данные в табл. 15.5.

Таблица 15.5 – Результаты разрушения объекта от землетрясения техногенного характера

Расстояние до объекта R,m	Количество взрывоопасной смеси Q,т	Избыточное давление взры-	, кПа	Ожидаемая интенсивность землетрясения в баллах	Характеристика зданий и сооружений	Минимальный предел устойчивости, балл	Результат воздействия на объект
			ф
			ва Р
600	100		20	VI	№ 1	VIII	Без разрушений
					№11	VI	Слабые разрушения
					№12	VIII	Без разрушений

15.4. Стихийные бедствия в атмосфере

Атмосфера("атмос" – пар) – воздушная оболочка Земли. Атмосфера по характеру изменения температуры с высотой, делится на несколько сфер. Лучистая энергия Солнца является источником движения воздуха. Между теплыми и холодными массами возникает разность температуры и атмосферного воздуха давления. Это порождает ветер.

Для обозначения движения ветра применяют различные понятия: смерч, буря, ураган, шторм, тайфун, циклон и пр. Чтобы их систематизировать, во всем мире пользуются шкалой Бофорта, которая оценивает силу ветра в баллах от 0 до 12 (табл. 15.6).

Таблица 15.6 – Шкала для оценки силы ветра у земной поверхности

Балл	Определение	Скорость		Действие ветра
			на суше	на море
		ветра, м/с
			Дым поднимается верти-	Зеркально гладкое море
	Затишье	-0,2	кально
	(штиль)
			Направление ветра замет-	Рябь, пена на гребнях
	Тихий ветерок	,3-1,5	но по откосу дыма
2			Движение ветра ощущает-	Короткие волны, гребни
	Легкий бриз	,6-3,3	ся лицом, шелестят дере-	и опрокидываются и ка-
			вья, движется флюгер	жутся стекловидными
3			Листья и тонкие ветви де-	Короткие, хорошо выра-
	Слабый бриз	,4-5,4	ревьев колышутся, ветер	женные волны. Изредка
			развевает верхние флаги	образуются маленькие
				белые барашки
4			Ветер поднимает пыль и	Волны удлиненные, бе-
	Умеренный	,5-7,9	бумажки, качает тонкие	лые барашки видны во
	бриз		ветки деревьев	многих местах
5			Качаются ветви деревьев	Не очень крупные вол-
	Свежий бриз	,0-10,7		ны, повсюду видны бе-
				лые барашки, в отдель-

325

				ных случаях образуются
				брызги
6			Качаются толстые сучья	Начинают образовывать-
	Сильный бриз	0,8-13,8	деревьев, гудят провода	ся крупные волны. Белые
				пенистые гребни зани-
				мают значительные
				площади, вероятны
				брызги
7			Качаются стволы деревь-	Волны громоздятся,
	Крепкий ветер	3,9-17,1	ев, идти против ветра	гребни срываются, пена
			трудно	ложится полосами по
				ветру
8			Ветер ломает сучья де-	Умеренно высокие длин-
	Очень крепкий	7,2-20,7	ревьев, идти против ветра	ные волны. По краям
	ветер (буря)		очень трудно	гребней начинают взле-
				тать брызги. Полосы пе-
				ны ложатся рядами по
				ветру
9			Небольшие повреждения,	Высокие волны. Пена
	Шторм (силь-	0,8-24,4	ветер срывает дымовые	широкими, плотными
	ная буря)		колпаки и черепицу	полосами ложится по
				ветру. Гребни волн оп-
				рокидываются и рассы-
				паются в брызги
10			Значительные разрушения	Очень высокие волны с
	Сильный	4,5-28,4	строений, деревья выры-	длинными загибающи-
	шторм (полная		ваются с корнем	мися вниз гребнями. Пе-
	буря)			на выдувается боль-
				шими хлопьями. Поверх-
				ность моря белая от пе-
				ны. Грохот волн подо-
				бен ударам. Видимость
				плохая.
11	Жесткий		Большие разрушения на	Исключительно высокие
	шторм	8,5-32,6	значительном пространст-	волны. Суда временами
			ве	скрываются из вида.
	жесткая буря)			Края волн сдуваются в
				пену. Видимость плохая
12	Ураган		Тяжелые предметы пере-	Воздух наполнен пеной
		2,7 и более	носятся ветром на значи-	и брызгами. Море все
			тельные расстояния	покрыто полосами пены.

Атмосферные фронты и атмосферные вихри порождают грозные природные явления, классификация которых приведена на рис. 15.3.

Бурив зависимости от времени года и состава вовлеченных в воздух частиц могут быть: пыльные; беспыльные; снежные (пурга, буран, метель); шквальные.

По цвету и составу пыли бури бывают черные (чернозем); бурые, желтые (суглинки, супеси); красные (суглинки с окислами железа); белые (соли).

Рис. 15.3. Природные опасности метеорологического характера [28]

По времени действия – кратковременные (минуты) с небольшим ухудшением видимости; кратковременные (минуты) с сильным ухудшением видимости; длительные (часы) с сильным ухудшением видимости. По температуре и влажности бывают горячие; холодные; сухие и влажные бури.

Смерч(торнадо) – чрезвычайно быстро вращающаяся воронка, свисающая из кучево-дождевого облака и наблюдающаяся как «воронкообразное облако» или «труба». Малые смерчи короткого действия проходят путь менее километра. Малые смерчи значительного действия проходят путь в несколько километров. Крупные смерчи проходят путь в десятки километров

15.5. Очаг поражения при ураганах

Основным поражающим фактором бури или урагана является ветровой напор, давление которого может превышать 59 кПа и приводить к значительным разрушениям зданий и сооружений.

Удельное давление ветрового напора при различных скоростях ветра характеризует силу урагана (табл. 15.7).

Таблица 15.7 – Давление ветрового напора

Скорость ветра, υ, м/с	Давление ветрового напора, РФ,кПа
25	меньше 10
33	10...20
44-50	20...30
больше 50	50 и более

Степени разрушений (слабая, средняя, сильная, полная) даны в табл. 15 8 в зависимости от скорости ветра для различных зданий и сооружений [24].

325

Таблица 15.8 – Степени разрушения зданий и сооружений при ураганах

Объекты						Степень разрушения объекта
	Слабая			Средняя			Сильная			Полная
				Скорость ветра, м/с
Промышленные здания с легким				30	...50		50	...70
металлическим каркасом	5...	30								более 70
Здания малоэтажные кирпичные	0	25		5	40		0..60			более 60
Здания многоэтажные кирпичные	0	25		5	35		5	50		более 50
Складские помещения кирпич-	25...	30		30...	45		45...	55
ные										более 55
Наземные резервуары	30...	40		40...	55		55...	70		более 60
Крановое оборудование	35...	40		40...	55		55...	65		более 65
Линии электропередач		25...	30	30...	45			45...60		более 60
Трубопроводы наземные		35...	45	45...	60			60...		Более 80
							80

Структура потерь населения в разрушенных зданиях при бурях и ураганах приведена в табл. 15.9.

Таблица 15.9 – Структура потерь населения в разрушенных зданиях, %

Структура потерь	Степени разрушения зданий и сооружений
	слабая	средняя	сильная	полная
Общие		0	06	00
Безвозвратные			15	0
Санитарные		2	45	0

Пример15.3.Ожидается ураган с максимальной скоростью ветра 45 м/с. На объекте имеются многоэтажные и одноэтажные кирпичные здания, количество людей в зданиях 500 человек. Определить воздействие урагана на здания и возможные потери людей.

Решение. Определим степень разрушения зданий на объекте по табл. 15.8 - ураган со скоростью ветра 45 м/с вызовет сильные разрушения одноэтажных и многоэтажных кирпичных зданий.

Определим возможные потери людей, находящихся в зданиях, по табл. 15.9 - при сильных разрушениях общие потери составят 60% (300 чел), го них безвозвратные потери 15% (75 чел) и санитарные потери 45% (225 чел).

Вывод. От урагана здания могут получить сильные разрушения, что приведет к гибели 75 чел и травмам у 225 чел.

326