Пиковое ускорение грунта -Peak ground acceleration

Пиковое ускорение грунта ( PGA ) равно максимальному ускорению грунта, которое произошло во время землетрясения в данном месте. PGA равен амплитуде наибольшего абсолютного ускорения, зарегистрированного на акселерограмме на месте во время конкретного землетрясения. 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 так, особенно вблизи сильных землетрясений. PGA является важным параметром (также известным как мера интенсивности ) для проектирования землетрясений .) часто определяется в терминах PGA.

В отличие от шкалы Рихтера и моментной магнитуды , это не мера общей энергии (магнитуды или размера) землетрясения, а скорее того, насколько сильно трясется земля в данной географической точке. Шкала интенсивности Меркалли использует личные отчеты и наблюдения для измерения интенсивности землетрясений, но PGA измеряется с помощью инструментов, таких как акселерографы . Его можно сопоставить с макросейсмической интенсивностью по шкале Меркалли, но эти корреляции связаны с большой неопределенностью. См. также сейсмическую шкалу .

Пиковое горизонтальное ускорение (PHA) является наиболее часто используемым типом ускорения грунта в инженерных приложениях. Он часто используется в сейсмостойком проектировании (включая сейсмические строительные нормы и правила ) и обычно наносится на карты сейсмической опасности . При землетрясении повреждение зданий и инфраструктуры более тесно связано с движением грунта, мерой которого является PGA, а не с магнитудой самого землетрясения. Для умеренных землетрясений PGA является достаточно хорошим определителем ущерба; при сильных землетрясениях повреждения чаще коррелируют с максимальной скоростью грунта .

геофизика

Энергия землетрясения распространяется волнами от гипоцентра , вызывая движение грунта во всех направлениях, но обычно моделируется по горизонтали (в двух направлениях) и по вертикали. PGA регистрирует ускорение (скорость изменения скорости) этих движений, в то время как пиковая скорость грунта представляет собой наибольшую скорость (скорость движения), достигаемую землей, а пиковое перемещение представляет собой пройденное расстояние. Эти значения различаются при разных землетрясениях и в разных местах в пределах одного землетрясения в зависимости от ряда факторов. К ним относятся длина разлома, магнитуда, глубина землетрясения, расстояние от эпицентра, продолжительность (продолжительность цикла сотрясений) и геология земли (недра). Мелкофокусные землетрясения вызывают более сильное сотрясение (ускорение), чем промежуточные и глубокие землетрясения, поскольку энергия высвобождается ближе к поверхности.

Пиковое ускорение грунта может быть выражено в долях g (стандартное ускорение из-за силы тяжести Земли , эквивалентное перегрузке ) либо в виде десятичной дроби, либо в процентах; в м/с 2 (1  г  = 9,81 м/с 2 ); или в единицах, кратных галлонам , где 1 галлон равен 0,01 м/с 2 (1  г  = 981 галлон).

Тип грунта может значительно влиять на ускорение грунта, поэтому значения PGA могут демонстрировать крайнюю изменчивость на расстоянии в несколько километров, особенно при землетрясениях от умеренных до сильных. Различные результаты PGA от землетрясения могут быть отображены на карте сотрясений . Из-за сложных условий, влияющих на PGA, землетрясения одинаковой магнитуды могут давать несопоставимые результаты, при этом многие землетрясения средней магнитуды генерируют значительно большие значения PGA, чем землетрясения большей магнитуды.

Во время землетрясения ускорение грунта измеряется в трех направлениях: вертикальном (V или UD, для вверх-вниз) и 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, причем часто сообщается самое высокое индивидуальное значение. В качестве альтернативы можно отметить комбинированное значение для данной станции. Пиковое горизонтальное ускорение грунта (PHA или PHGA) можно получить, выбрав более высокую индивидуальную запись, взяв среднее значение двух значений или вычислив векторную сумму двух компонентов. Трехкомпонентное значение также может быть достигнуто за счет учета вертикальной составляющей.

В сейсморазведке часто используется эффективное пиковое ускорение (EPA, максимальное ускорение грунта, на которое реагирует здание), которое обычно составляет ⅔ – ¾ PGA.

Сейсмический риск и проектирование

Изучение географических районов 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). Инженеры-сейсмологи и отделы государственного планирования используют эти значения для определения подходящей сейсмической нагрузки для зданий в каждой зоне с ключевыми определенными конструкциями (такими как больницы, мосты, электростанции), которые должны выдержать максимальное рассматриваемое землетрясение (MCE).

Повреждение зданий связано как с пиковой скоростью грунта (PGV), так и с продолжительностью землетрясения: чем дольше сохраняется сотрясение высокого уровня, тем выше вероятность повреждения.

Сравнение инструментальной и ощущаемой интенсивности

Пиковое ускорение грунта обеспечивает измерение инструментальной интенсивности , то есть сотрясения грунта, регистрируемого сейсмическими приборами . Другие шкалы интенсивности измеряют интенсивность ощущений , основываясь на сообщениях очевидцев, ощущениях сотрясения и наблюдаемых повреждениях. Между этими шкалами существует корреляция, но не всегда абсолютное совпадение, поскольку на опыт и ущерб могут влиять многие другие факторы, в том числе качество сейсморазведки.

Вообще говоря,

  • 0,001  г (0,01 м/с 2 ) – воспринимается людьми
  • 0,02   г (0,2 м/с 2 ) – люди теряют равновесие
  • 0,50   г (5 м/с 2 ) – очень высокая; хорошо спроектированные здания могут выжить, если продолжительность невелика.

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 Меркалли . Эти значения используются сейсмологами по всему миру для создания карт сотрясений.

Инструментальная
интенсивность
Ускорение
(г)
Скорость
(см/с)
Воспринимаемое дрожание Потенциальный ущерб
я < 0,000464 < 0,0215 Не чувствуется Никто
II–III 0,000464 – 0,00297 0,135 – 1,41 Слабый Никто
IV 0,00297 – 0,0276 1,41 – 4,65 Легкий Никто
В 0,0276 – 0,115 4,65 – 9,64 Умеренный Очень легкий
VI 0,115 – 0,215 9,64 – 20 Сильный Легкий
VII 0,215 – 0,401 20 – 41,4 Очень сильный Умеренный
VIII 0,401 – 0,747 41,4 – 85,8 Тяжелый От умеренного до тяжелого
IX 0,747 – 1,39 85,8 – 178 Жестокий Тяжелый
Х+ > 1,39 > 178 Экстрим Очень тяжело

Другие шкалы интенсивности

По шкале сейсмической интенсивности 7-го класса Японского метеорологического агентства наивысшая интенсивность, Синдо 7, охватывает ускорения более 4 м/с 2 (0,41  г ).

Риски опасностей PGA по всему миру

В Индии области с ожидаемыми значениями PGA выше 0,36 г классифицируются как «Зона 5» или «Зона очень высокого риска повреждения».

Известные землетрясения

PGA в
одном направлении
(макс. записано)

Векторная сумма PGA (H1, H2, V)
(макс. записано)
Маг Глубина со смертельным исходом Землетрясение
3,23 г 7,8 15 км 2 Землетрясение Каикоура 2016 г.
2,7 г 2,99 г 9.1 30 км >15 000 Землетрясение и цунами Тохоку 2011 г.
4,36 г 6,9/7,2 8 км 12 Землетрясение Иватэ – Мияги Найрику, 2008 г.
1,92 г 7.7 8 км 2415 Землетрясение 1999 г. в Дзидзи
1,82 г 6.7 18 км 57 Землетрясение 1994 года в Нортридже
1,81 г 9,5 33 км 1000–6000 Землетрясение 1960 года в Вальдивии
1,51 г 6.2 5 км 185 Землетрясение в Крайстчерче, февраль 2011 г.
1,47 г 7.1 42 км 4 Землетрясение в Мияги, апрель 2011 г.
1,26 г 7.1 10 км 0 Кентерберийское землетрясение 2010 г.
1,25 г 6,6 8,4 км 58–65 Сильмарское землетрясение 1971 г.
1,04 г 6,6 10 км 11 Морское землетрясение в Чуэцу, 2007 г.
1,0 г 6,0 8 км 0 Землетрясение в Крайстчерче, декабрь 2011 г.
0,98 г 7,0 21 км 119 Землетрясение в Эгейском море 2020 г.
0,91 г 6,9 16 км 5 502–6 434 Великое Хансинское землетрясение
0,78 г 6,0 6 км 1 Землетрясение в Крайстчерче, июнь 2011 г.
0,65 г 8,8 23 км 525 Землетрясение в Чили 2010 г.
0,6 г 6,0 10 км 143 Землетрясение в Афинах 1999 г.
0,51 г 6.4 16 км 612 Зарандское землетрясение 2005 г.
0,5 г 7,0 13 км 100 000–316 000 Землетрясение на Гаити 2010 г.
0,438 г 7.7 44 км 28 Землетрясение 1978 года в Мияги ( Сендай )
0,41 г 6,5 11 км 2 Землетрясение на Лефкаде 2015 г.
0,4 г 5.7 8 км 0 Землетрясение в Крайстчерче 2016 г.
0,367 г 5.1 1 км 9 Землетрясение в Лорке 2011 г.
0,18 г 9.2 25 км 131 Землетрясение на Аляске 1964 г.

Смотрите также

использованная литература

Библиография