Пиковое ускорение грунта ( PGA ) равно максимальному ускорению грунта, которое произошло во время землетрясения в определенном месте. PGA равна амплитуде наибольшего абсолютного ускорения, зарегистрированного на акселерограмме на участке во время конкретного землетрясения. [1] Землетрясение обычно происходит во всех трех направлениях. Поэтому PGA часто разделяют на горизонтальную и вертикальную составляющие. Горизонтальные PGA обычно больше, чем в вертикальном направлении, но это не всегда верно, особенно близко к сильным землетрясениям. PGA является важным параметром (также известным как мера интенсивности) для сейсмической инженерии . Расчетное движение грунта при землетрясении.( DBEGM ) [2] часто определяется в терминах PGA.
В отличие от шкал Рихтера и шкалы моментной магнитуды , это не мера общей энергии (магнитуды или размера) землетрясения, а скорее того, насколько сильно Земля сотрясается в данной географической точке. Шкала интенсивности Меркалли использует личные отчеты и наблюдения для измерения интенсивности землетрясений, но PGA измеряется такими инструментами, как акселерографы . Его можно соотнести с макросейсмической интенсивностью по шкале Меркалли [3], но эти корреляции связаны с большой неопределенностью. [4] См. Также сейсмическую шкалу .
Пиковое горизонтальное ускорение (PHA) - это наиболее часто используемый тип ускорения грунта в инженерных приложениях. Он часто используется в сейсмической инженерии (включая строительные нормы и правила в сейсмических условиях ) и обычно наносится на карты сейсмической опасности . [5] При землетрясении повреждение зданий и инфраструктуры больше связано с движением грунта, мерой которого является PGA, а не с величиной самого землетрясения. Для умеренных землетрясений PGA - достаточно хороший детерминант ущерба; при сильных землетрясениях повреждение чаще коррелирует с пиковой скоростью грунта . [3]
Геофизика
Энергия землетрясения распространяется волнами из гипоцентра , вызывая движение земли во всех направлениях, но обычно моделируется горизонтально (в двух направлениях) и вертикально. PGA регистрирует ускорение (скорость изменения скорости) этих движений, в то время как пиковая скорость относительно земли - это наибольшая скорость (скорость движения), достигаемая землей, а пиковое смещение - это пройденное расстояние. [6] [7] Эти значения различаются для разных землетрясений и в разных местах в пределах одного землетрясения, в зависимости от ряда факторов. Они включают длину разлома, магнитуду, глубину землетрясения, расстояние от эпицентра, продолжительность (продолжительность цикла сотрясений) и геологию земли (под поверхностью). Мелкофокусные землетрясения вызывают более сильное сотрясение (ускорение), чем промежуточные и глубокие землетрясения, поскольку энергия выделяется ближе к поверхности. [8]
Пиковое ускорение грунта может быть выражено в долях g (стандартное ускорение силы тяжести Земли , эквивалентное g-силе ) в виде десятичной дроби или процента; в м / с 2 (1 г = 9,81 м / с 2 ); [6] или кратно галлонам , где 1 галлон равен 0,01 м / с² (1 г = 981 галлон).
Тип грунта может значительно влиять на ускорение грунта, поэтому значения PGA могут сильно изменяться на расстоянии в несколько километров, особенно при умеренных и сильных землетрясениях. [9] Различные результаты PGA землетрясения могут отображаться на карте сотрясений . [10] Из-за сложных условий, влияющих на PGA, землетрясения аналогичной магнитуды могут дать несопоставимые результаты, при этом многие землетрясения средней магнитуды генерируют значительно более высокие значения PGA, чем землетрясения большей магнитуды.
Во время землетрясения ускорение грунта измеряется в трех направлениях: по вертикали (V или UD, вверх-вниз) и в двух перпендикулярных горизонтальных направлениях (H1 и H2), часто с севера на юг (NS) и с востока на запад (EW). Регистрируется пиковое ускорение в каждом из этих направлений, при этом часто указывается наивысшее индивидуальное значение. В качестве альтернативы можно отметить комбинированное значение для данной станции. Пиковое горизонтальное ускорение грунта (PHA или PHGA) может быть достигнуто путем выбора более высокой индивидуальной записи, взятия среднего из двух значений или вычисления векторной суммы двух компонентов. Трехкомпонентное значение также может быть достигнуто, если принять во внимание также вертикальный компонент.
В сейсмической инженерии часто используется эффективное пиковое ускорение (EPA, максимальное ускорение грунта, на которое реагирует здание), которое, как правило, составляет - PGA [ необходима цитата ] .
Сейсмический риск и инженерия
Изучение географических областей в сочетании с оценкой исторических землетрясений позволяет геологам определять сейсмический риск и создавать карты сейсмической опасности , которые показывают вероятные значения PGA, которые могут возникнуть в регионе во время землетрясения, с вероятностью превышения (PE). Сейсмические инженеры и государственные отделы планирования используют эти значения для определения соответствующей нагрузки от землетрясения для зданий в каждой зоне с ключевыми идентифицированными структурами (такими как больницы, мосты, электростанции), которые должны выдержать максимальное предполагаемое землетрясение (MCE).
Повреждение зданий связано как с максимальной скоростью движения грунта (PGV), так и с продолжительностью землетрясения - чем дольше сохраняется сильная тряска, тем выше вероятность повреждения.
Сравнение инструментальной и чувственной интенсивности
Пиковое ускорение грунта обеспечивает измерение инструментальной интенсивности , то есть сотрясения грунта, регистрируемого сейсмическими приборами . Другие шкалы интенсивности измеряют интенсивность ощущений на основе сообщений очевидцев, ощущения тряски и наблюдаемых повреждений. Между этими шкалами существует корреляция, но не всегда абсолютное согласие, поскольку на переживания и ущерб могут влиять многие другие факторы, в том числе качество сейсмической инженерии.
Вообще говоря,
- 0,001 г (0,01 м / с²) - воспринимается людьми
- 0,02 г (0,2 м / с²) - люди теряют равновесие
- 0,50 г - очень высокая; хорошо спроектированные здания могут выжить, если срок их службы невелик. [7]
Корреляция со шкалой Меркалли
Геологическая служба США разработала инструментальную шкалу интенсивности, которая отображает пиковое ускорение грунта и пиковую скорость грунта по шкале интенсивности , аналогичной войлочной шкале Рихтера . Эти значения используются сейсмологами всего мира для создания карт сотрясений. [3]
Инструментальная интенсивность | Ускорение (g) | Скорость (см / с) | Воспринимаемая тряска | Возможный ущерб |
---|---|---|---|---|
я | <0,0017 | <0,1 | Не чувствовалось | Никто |
II – III | 0,0017 - 0,014 | 0,1 - 1,1 | Слабый | Никто |
IV | 0,014 - 0,039 | 1,1 - 3,4 | Свет | Никто |
V | 0,039 - 0,092 | 3,4 - 8,1 | Умеренный | Очень легкий |
VI | 0,092 - 0,18 | 8,1 - 16 | Сильный | Свет |
VII | 0,18 - 0,34 | 16 - 31 | Очень сильный | Умеренный |
VIII | 0,34 - 0,65 | 31–60 | Серьезный | От умеренного до тяжелого |
IX | 0,65 - 1,24 | 60 - 116 | Жестокий | Тяжелый |
Х + | > 1,24 | > 116 | Экстремальный | Очень тяжелая |
Другие шкалы интенсивности
В 7-й шкале сейсмической интенсивности Японского метеорологического агентства самая высокая интенсивность, Shindo 7, охватывает ускорения, превышающие 4 м / с² (0,41 g ).
Опасные риски PGA во всем мире
В Индии районы с ожидаемыми значениями PGA выше 0,36 г классифицируются как «зона 5» или «зона с очень высоким риском повреждения».
Заметные землетрясения
PGA в одном направлении (максимальное записанное) | Векторная сумма PGA (H1, H2, V) (максимальное записанное) | Mag | Глубина | Смертельные случаи | Землетрясение |
---|---|---|---|---|---|
3,0 г [11] | 7,8 | 15 км | 2 | Землетрясение в Каикоура 2016 г. | |
2,7 г [12] | 2,99 г [13] [14] | 9.0 | 30 км [15] | > 15 000 [16] | Землетрясение и цунами в Тохоку 2011 г. |
2,2 г [17] [18] | 6.3 [19] | 5 км | 185 | Землетрясение в Крайстчерче, февраль 2011 г. | |
2,13 г [20] [21] | 6.4 | 6 км | 1 | Землетрясение в Крайстчерче в июне 2011 г. | |
4,36 г [22] | 6,9 / 7,2 | 8 км | 12 | Землетрясение Иватэ-Мияги Наирику 2008 г. | |
1,82 г [23] | 6,7 | 19 км | 57 год | Землетрясение 1994 года в Нортридже | |
1,47 г [24] | 7.1 | 42 км [15] | 4 | Землетрясение в Мияги, апрель 2011 г. | |
1,26 г [25] [26] | 7.1 | 10 км | 0 | Кентерберийское землетрясение 2010 г. | |
1,01 г [27] | 6,6 | 10 км | 11 | Землетрясение на море в Чуэцу в 2007 г. | |
1,01 г [28] | 7.3 | 8 км | 2,415 | Землетрясение 1999 г. | |
1,0 г [29] | 6.0 | 8 км | 0 | Землетрясение в Крайстчерче в декабре 2011 г. | |
0,8 г | 6,8 | 16 км | 6 434 | 1995 г., землетрясение в Кобе | |
0,78 г [30] | 8,8 | 23 км [31] | 521 | Землетрясение в Чили 2010 г. | |
0,6 г [32] | 6.0 | 10 км | 143 | Землетрясение в Афинах в 1999 г. | |
0,51 г [33] | 6.4 | 612 | Зарандское землетрясение 2005 г. | ||
0,5 г [34] | 7.0 | 13 км | 92 000–316 000 | Землетрясение на Гаити 2010 г. | |
0,438 г [35] | 7,7 | 44 км | 27 | Землетрясение 1978 года в Мияги ( Сендай ) | |
0,4 г [36] | 5,7 | 8 км | 0 | Землетрясение в Крайстчерче 2016 г. | |
0,367 г [37] | 5.2 | 1 км | 9 | Землетрясение 2011 года на Лорке | |
0,25 - 0,3 г [38] | 9,5 | 33 км | 1,655 [39] | 1960 Вальдивское землетрясение | |
0,18 г [40] | 9.2 | 23 км | 143 | Землетрясение 1964 года на Аляске |
Смотрите также
- Моделирование землетрясения
- Шкала сейсмической интенсивности Японского метеорологического агентства
- Спектральное ускорение
Рекомендации
- ^ Дуглас, J (2003-04-01). «Оценка движения грунта при землетрясении с использованием записей сильных движений: обзор уравнений для оценки пикового ускорения грунта и спектральных ординат реакции» (PDF) . Обзоры наук о Земле . 61 (1-2): 43-104. Bibcode : 2003ESRv ... 61 ... 43D . DOI : 10.1016 / S0012-8252 (02) 00112-5 .
- ^ Атомные электростанции и землетрясения , доступ 2011-04-08.
- ^ а б в «Научные основы ShakeMap. Быстрые инструментальные карты интенсивности» . Программа защиты от землетрясений . Геологическая служба США. Архивировано из оригинального 23 июня 2011 года . Проверено 22 марта 2011 года .
- ^ Cua, G .; и другие. (2010). «Лучшие практики» для использования макросейсмической интенсивности и уравнений преобразования интенсивности движения грунта для моделей опасностей и потерь в GEM1 (PDF) . Модель глобального землетрясения . Архивировано из оригинального (PDF) 27 декабря 2015 года . Проверено 11 ноября 2015 .
- ^ Европейские объекты для защиты от опасности и риска землетрясений (2013 г.). «Европейская модель сейсмической опасности 2013 г. (ESHM13)» . EFEHR. Архивировано из оригинала на 2015-12-27 . Проверено 11 ноября 2015 .
- ^ а б «Объяснение параметров» . Центр изучения геологических опасностей . Геологическая служба США. Архивировано из оригинала 21 июля 2011 года . Проверено 22 марта 2011 года .
- ^ а б Лорант, Габор (17 июня, 2010 г.). «Принципы сейсмического проектирования» . Руководство по проектированию всего здания . Национальный институт строительных наук . Проверено 15 марта 2011 года .
- ^ «Магнитуда 6,6 - около западного побережья Хонсю, Япония» . Сводка землетрясения . USGS. 16 июля 2001 года Архивировано из оригинала 14 марта 2011 года . Проверено 15 марта 2011 года .
- ^ "ShakeMap научный фон. Карты пиковых ускорений" . Программа защиты от землетрясений . Геологическая служба США. Архивировано из оригинального 23 июня 2011 года . Проверено 22 марта 2011 года .
- ^ «Научная база ShakeMap» . Программа защиты от землетрясений . Геологическая служба США. Архивировано из оригинального 23 июня 2011 года . Проверено 22 марта 2011 года .
- ^ Анна Кайзер (9 апреля 2017 г.). «Землетрясение в Каикоура вызвало сильнейшее землетрясение в Новой Зеландии, новое исследование показывает - 04.10.2017» . GNS Science . Проверено 1 сентября 2017 года .
- ^ Эрол Калкан; Волкан Севильген (17 марта 2011 г.). «Землетрясение M9.0, Тохоку, Япония, 11 марта 2011 г .: Предварительные результаты» . Геологическая служба США . Архивировано из оригинального 24 марта 2011 года . Проверено 22 марта 2011 года .
- ^ http://www.kyoshin.bosai.go.jp/kyoshin/topics/html20110311144626/main_20110311144626.html
- ^ «Землетрясение Тохоку 2011 г. у тихоокеанского побережья, сильное движение грунта» (PDF) . Национальный исследовательский институт наук о Земле и предотвращения стихийных бедствий. Архивировано из оригинального (PDF) 24 марта 2011 года . Проверено 18 марта 2011 года .
- ^ а б «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2016-04-13 . Проверено 8 сентября 2017 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ «Ущерб и меры полиции, связанные с районом Тохоку 2011 года - у берегов Тихоокеанского землетрясения» (PDF) . Штаб по противодействию чрезвычайным ситуациям . Национальное полицейское агентство Японии.
- ^ «22 февраля 2011 г. - Крайстчерч сильно поврежден землетрясением магнитудой 6,3» . Geonet . GNS Science. 23 февраля 2011 года Архивировано из оригинала 4 марта 2011 года . Проверено 24 февраля 2011 года .
- ^ «Карта интенсивности PGA» . Geonet . GNS Science. Архивировано из оригинального 31 мая 2012 года . Проверено 24 февраля 2011 года .
- ^ «Отчет о землетрясении в Новой Зеландии - 22 февраля 2011 г., 12:51 (NZDT)» . Geonet . GNS Science. 22 февраля 2011 года Архивировано из оригинала 25 февраля 2011 года . Проверено 24 февраля 2011 года .
- ^ «13 июня 2011 г. - сильные землетрясения произошли к юго-востоку от Крайстчерча» . Geonet . GNS Science. 13 июня 2011 года Архивировано из оригинала 14 июня 2011 . Проверено 14 июня 2011 года .
- ^ «Карта интенсивности PGA» . Geonet . GNS Science. Архивировано из оригинального 20 марта 2012 года . Проверено 14 июня 2011 года .
- ^ Масуми Ямада; и другие. (Июль – август 2010 г.). «Исследование пространственно плотной скоростной структуры в очаговой области землетрясения Иватэ-Мияги Наирику» . Письма о сейсмологических исследованиях, т. 81; нет. 4 . Сейсмологическое общество Америки. С. 597–604 . Проверено 21 марта 2011 года .
- ^ https://web.archive.org/web/20130506100941/http://www.coe.neu.edu/Depts/CIV/faculty/myegian/library/Thenorthridge%20Earthquake%20of%201994%20Ground%20Motions%20and % 20Geotechnical% 20Aspects.pdf
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2016-03-04 . Проверено 8 сентября 2017 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Картер, Хэмиш (24 февраля 2011 г.). «Технически это просто афтершок» . New Zealand Herald . APN Holdings . Проверено 24 февраля 2011 года .
- ^ «M 7.1, Дарфилд (Кентербери), 4 сентября 2010 г.» . GeoNet . GNS Science. Архивировано из оригинального 2 -го марта 2011 года . Проверено 7 марта 2011 года .
- ^ Кацухико, Исибаши (11 августа 2001 г.). «Зачем беспокоиться? Японские атомные станции в серьезной опасности от землетрясения» . Япония Фокус . Азиатско-Тихоокеанский журнал . Проверено 15 марта 2011 года .
- ^ Центральное бюро погоды. (2 сентября 2004 г.). [1] [ постоянная мертвая ссылка ] . Проверено 21 марта 2011 года.
- ^ Статья NZ Herald - Сила толчков ошеломляет экспертов. (24 декабря 2011 г.). [2] . Проверено 24 декабря 2011 года.
- ^ "Informe Tecnico Terremoto Cauquenes 27 февраля 2010 г., дата обновления 27 мая 2010 г." (PDF) .[ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2010-05-13 . Проверено 12 июля 2010 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Анастасиадис АН; и другие. «Землетрясение в Афинах (Греция) 7 сентября 1999 г .: Предварительный отчет по данным о сильных движениях и ответной реакции конструкций» . Институт инженерной сейсмологии и сейсмостойкости . MCEER . Проверено 22 марта 2011 года .
- ^ «Землетрясение Mw 6.3 в Иране 22 февраля 2005 г. в 02:25 UTC» . Европейско-Средиземноморский сейсмологический центр . Проверено 7 марта 2011 года .
- ^ Линь, Ронг-Гонг; Аллен, Сэм (26 февраля 2011 г.). «Землетрясение в Новой Зеландии вызывает вопросы о зданиях в Лос-Анджелесе» . Лос-Анджелес Таймс . Трибуна . Проверено 27 февраля 2011 года .
- ^ Брэди, А. Джеральд (1980). Исследование землетрясения 12 июня 1978 г. в Мияги-кен-оки, Япония . Национальное бюро стандартов. п. 123.
- ^ «Сильное землетрясение у берегов Крайстчерча» . info.geonet.org.nz . Проверено 18 февраля 2016 .
- ^ Los terremotos paradojicos - Сейсмо смертным ан Murcia
- ^ Деформация земной коры, связанная с землетрясением 1960 года на юге Чили
- ^ Уэббер, Джуд (27 февраля 2010 г.). «Сильное землетрясение обрушилось на Чили» . Financial Times . Проверено 18 марта 2011 года .
- ^ Национальный исследовательский совет (США). Комитет по землетрясению на Аляске, Великое землетрясение на Аляске 1964 г., том 1, часть 1 , Национальные академии, 1968 г., стр. 285
Библиография
- Мерфи, младший; О'Брайен (1977). «Корреляция максимальной амплитуды ускорения грунта с сейсмической интенсивностью и другими физическими параметрами». Бюллетень сейсмологического общества Америки . 67 (3): 877–915.
- Кэмпбелл, KW (1997). «Эмпирические зависимости затухания вблизи источника для горизонтальных и вертикальных составляющих пикового ускорения грунта, максимальной скорости относительно грунта и спектров реакции псевдоабсолютного ускорения». Письма о сейсмологических исследованиях . 68 : 154–179. DOI : 10.1785 / gssrl.68.1.154 .
- Кэмпбелл, кВт; Ю. Бозоргния (2003). «Обновленные соотношения движения грунта (затухания) вблизи источника для горизонтальных и вертикальных компонентов пикового ускорения грунта и спектров реакции ускорения» (PDF) . Бюллетень сейсмологического общества Америки . 93 (1): 314–331. Bibcode : 2003BuSSA..93..314C . DOI : 10.1785 / 0120020029 .
- Уолд, диджей; В. Киториано; TH Heaton; Х. Канамори (1999). «Взаимосвязь между пиковым ускорением грунта, максимальной путевой скоростью и измененной интенсивностью Меркалли в Калифорнии». Спектры землетрясений . 15 (3): 557. DOI : 10,1193 / 1,1586058 .