Cỏc khỏi niệm cơ bản liờn quan tới động đất.

B Giải phỏp phi cụng trỡnh

2.2.2.2.Cỏc khỏi niệm cơ bản liờn quan tới động đất.

Như đó núi. động đất là hiện tượng dao động rất mạnh nền đất xảy ra khi một nguồn năng lượng lớn được giải phúng trong thời gian rất ngắn do sự nứt rạn đột ngột trong phần vỏ hoặc phần ỏo trờn của quả đất. Để nghiờn cứu nú. ta làm quen với những khỏi niệm sau:

Chấn tiờu là trung tõm của cỏc chuyển động địa chấn. nơi phỏt ra năng lượng về mặt lý thuyết được quy về một điểm.

Chấn tõm là hỡnh chiếu của chấn tiờu lờn bề mặt quả đất. Độ sõu chấn tiờu H là khoảng cỏch từ chấn tiờu đến chấn tõm.

Khoảng cỏch chấn tiờu R là khoảng cỏch từ chấn tiờu đến điểm quan trắc được.

Khoảng cỏch chấn tõm L là khoảng cỏch từ chấn tõm đến điểm quan trắc được.

Tựy theo độ sõu chấn tiờu H mà động đất cú thể phõn thành cỏc loại sau Động đất nụng: H < 70 km

Động đất trung bỡnh: H = 70 -300 km Động đất sõu: H > 300 km

Cỏc thang độ động đất.

Đỏnh giỏ và đo sức mạnh của một trận động đất là một vấn đề rất quan trọng. Trong nhiều thế kỷ qua đó xuất hiện nhiều cỏch thức đỏnh giỏ định tớnh và định lượng cỏc chuyển động địa chấn núi riờng và sức mạnh động đất núi chung. Hiện nay sức mạnh động đất được đỏnh giỏ qua hai đại lượng.

Thang cường độ động đất I Thang độ lớn động đõt M

Thang độ lớn động đất (thang độ rớchter)

Cường độ động đất cho chỳng ta biết sức mạnh tàn phỏ của một trạn động đất tại khu vực cụ thể nào đú nhưng khụng cho biết thụng tin về độ lớn tổng thể

hoặc quy mụ của nú. Độ lớn tổng thể của một trận đọng đất được xỏc định bằng

cỏch thanh sỏt toàn bộ diện tớch khu vực bị phỏ hoại do động đất và vẽ bản đồ cường độ đẳng chấn nối cỏc điểm cú cựng cường độ lại với nhau.

Vào năm 1935.Ch.F.Richter lỳc đú là giỏo sư địa vật lý ở viện cụng nghệ California (Hoa Kỳ) đó đề xuất một phương phỏp xỏc định độ lớn của một trận động

đất dựa trờn sú liệu ghi được từ cỏc thiết bị đo địa chấn. Phương phỏp này được chớnh tỏc giả hoàn thiện thờm gọi là thang Richter.

Theo độ lớn của thang Richter. độ lớn M của một trận động đất là logarit của biờn độ cực đại A đo bằng micron ghi được tại một số điểm cỏch chấn tõm 100 km bằng một địa chấn kế xoắn do H.O Wood và J. Anderson thiết kế. Địa chấn này cú chu kỳ dao động tự nhiờn bằng 0.8s hệ số cản tới hạn 80% và hệ số khuếch đại tĩnh cỏc súng 2.800. Hệ số khuếch đại tĩnh cỏc súng là tỷ số giữa biờn độ đọc trờn địa chấn kế và biờn độ thực của chuyển động nền đất.

M = logA (2.74)

Thực tế. địa chấn kế chuẩn khụng phải lỳc nào cũng đặt cỏch tiờu chấn 100 km. nờn để thiết lập thang độ lớn. Richter đó xột mối quan hệ giữa biờn độ cực đại

A và khoảng cỏch chấn tõm L. Richter nhận ra cỏc đường cong thể hiện mối quan

hệ giữa logA và L gần như song song với nhau cho hai trận động đất bất kỳ. Richter đó chọn đường cong đặc thự làm chuẩn và độ lớn của một trận động đất là hiệu số giữa biờn độ của nú và biờn độ của trận động đất chuẩn được chọn.

M = logA –logA0 (2.75)

Trong đú:

A: Biờn độ lớn nhất của trận động đất đang xột do địa chấn kế Wood – Anderson ghi được tại trạm quan trắc (mm)

A0: Biờn đọ lớn nhất của trận động đất chuẩn cú cựng khoảng cỏch chấn tõm (mm) Thang độ lớn Richter cú cỏc đặc trưng sau:

Thang Richter được đề xuất cho vựng phớa nam của California. Đối với vựng khỏc cần phải điều chỉnh xột tới cấu trỳc vỏ trỏi đất.

Thang này chỉ cú giỏ trị cho địa chấn kế Wood – Anderson. Do đú dung cỏc loại địa chấn kế khỏc cần phải đưa vào cỏc hệ số điều chỉnh.

Thang này khụng xột đến tớnh chất địa chat cục bộ. Trong nhiều trường hợp cần phải cú hệ số điều chỉnh để xột tới những sự sai lệch từ trạm quan trắc này sang trạm quan trắc khỏc.

Vỡ những lý do trờn mà cụng thức xỏc định độ lớn động đất M do Richter đề xuất cho vựng California khụng thể ỏp dụng trực tiếp cho cỏc vựng khỏc. Muốn ỏp dụng cho cỏc vựng khỏc phải điều chỉnh. Vớ dụ đối với trận động đất của Nhật Bản. CT suboi kiến nghị xỏc định độ lớn theo cụng thức.

M = logAm + 1.73logL - 0.83 (T < 5s) (2.76)

Trong đú (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Am : Chuyển động lớn nhất của nền đất tớnh theo micron L: Khoảng cỏch chấn tõm theo km

T: Chu kỳ súng

Cụng thức trờn được sử dụng rộng rói hơn vỡ cú thể dựng bất kỳ loại địa chấn nào để xỏc định chuyển vị Am

Quan hệ giữa năng lượng E được giải phũng ở chấn tiờu với độ lớn M được

tớnh theo cụng thức:

LogE = 9.9 + 1.9M - 0.024MP

2

P (2.77)

Thực ra. về mặt lý thuyết thang Richter bắt đầu con số khụng và khụng cú giới hạn trờn. Nhưng cho đến nay người ta chưa đo được trận động đất nào cú M đạt đến 9. Cỏc trận động đỏt mạnh ở Columbia (31/11/1906) và tại Sanricu Nhật Bản (2/3/1993) cũng chỉ cú M = 8.9.

Năng lượng được giải phúng ở chấn tiờu được phõn chia làm hai phần. Một

phần chuyển thành súng địa chấn. phần cũn lại làm biến dạng và phỏ hủy mụi

trường quanh chấn tiờu. gõy nứt và trượt đất. Sau khi năng lượng được giải phúng thỡ quỏ trỡnh tớch lũy năng lượng lại bắt đầu ở vựng xung yếu tại vết nứt. và qua khoảng thời gian từ 10 đến 100 năm lại cú khả năng xảy ra động đất. Chớnh vỡ vậy. động đất xảy ra cú tớnh chất chu kỳ.

Thang độ lớn M chớnh là một tiờu chuẩn khỏch quan để đỏnh giỏ cường độ cỏc chuyển động địa chấn. Nú đỏnh dấu một bước quan trọng trong việc nghiờn cứu động đất và hiện nay được sử dụng rộng rói trờn thế giới.

Cỏc thang độ về cường độ động đất.

Cường độ động đất biểu thi độ mạnh hoặc sức tàn phỏ của một trận động đất lờn con người và cỏc cụng trỡnh xõy dựng tại một khu vực nào đú.

Cỏc thang cường độ động đất đều được lập ra trờn cơ sở cảm giỏc chủ quan của con người và cỏc mức độ bị phỏ hoại của cỏc cụng trỡnh xõy dựng khi chịu cỏc chuyển động địa chấn. Chớnh vỡ vậy chỳng mang yếu tố chủ quan và phụ thuộc vào khoảng cỏch chấn tõm lẫn chất lượng cụng trỡnh tại địa điểm đang xột. Sau đõy là một số thang cường độ động đất chớnh.

Thang cường độ động đất Mercalli sửa đổi.

Trờn cơ sở thang cường độ Rossi-Forel 1883 cú 10 cấp. vào đầu thế kỷ XX. nhà địa chấn học Mercalli đó đề xuất một thang cường độ động đất mới mang tờn ụng (1902). Vào năm 1931 cỏc nhà địa chấn học Califonia là H.O.Wood và F. Neumann đó sửa đổi thang này. xếp cỏc tỏc động phỏ hoại động đất vào cỏc cấp cường độ động đất cụ thể cho phự hợp hơn với kỹ thuật xõy dụng hiện đại thời kỳ đú gọi là thang Mercalli sửa đổi (viết tắt là thang MM). Thang MM hiện này cú 12 cấp và đang được sử dụng rộng rói ở Chõu Âu. Bắc Mỹ và nhiều khu vực khỏc trờn thế giới.

Thang cường độ động đất JMA

Năm 1949 cơ quan khớ tượng Nhật Bản (JMA) đề xuất một thang cường độ động đất cú 8 cấp và được sử dụng ở Nhật Bản cho tới nay. Thang JMA cũng được

lập trờn cơ sở cảm giỏc chủ quan của con người và mức độ hư hỏng của cỏc cụng

trỡnh xõy dựng khi bị động đất. Thang động đất MSK-64

Thang cường độ động đất MSK-64 do ba nhà khoa học Medvedev. Sponhauer và Karnic đề xuất năm 1964. Ngoài việc đỏnh giỏ và phõn loại tỏc động của động đất lờn con người. mụi trường và cỏc cụng trỡnh xõy dựng gần tương tự thang MM nhưng chi tiết và cụ thể hơn. cường độ động đõt theo thang MSK 64 cũn được đỏnh giỏ quan hàm chuyển vị của một con lắc chuẩn hỡnh cầu mụ tả chuyển động địa chấn. Ở thang cường độ động đất này. trước hết người ta phõn loại hậu quả phỏ hoại gõy ra bởi trận động đất sau đú mới đỏnh giỏ định lượng cường độ chuyển động theo hàm chuyển vị cực đại của con lắc. Ảnh hưởng của chuyển động tức thời của nền đất tới cỏc cụng trỡnh xõy dựng được biểu thị dưới dạng phổ tỏc động theo hàm của chu kỳ riờng và số logarit của lực cản.

Phổ tỏc động động đất được xỏc định theo biểu thức sau:

𝜒𝜒 =𝑋𝑋0.𝜓𝜓.𝜐𝜐 (2.78)

Trong đú: Xo là thụng số đặc trưng cho cường độ động đất. biểu thị chuyển vị lớn nhất của một con lắc hỡnh cầu cú chu kỳ dao đọng riờng T1=0.25s và số gia logarit của lực cản 𝛥𝛥0=0.5. Bảng 1.5 biểu thị mối quan hệ giữa cấp động đất và biờn độ X0 của con lắc chuẩn

υ Hệ số lực cản được xỏc định theo hàm của số gia logarit lực cản của cụng trỡnh

Ψ: Hệ số phổ phụ thuốc vào chu kỳ dao động riờng của cụng trỡnh. được xỏc định như sau. Khi 0.1s < T < 0.5s Ψ=TP 2 P /T1P 2 Khi 0.5s < T < 1.5s Ψ=2TP 2 P /T1P 2 Khi 1.5 < T < 2.5s Ψ=12

Bởi vỡ hệ số phổ ψ của cỏc trận động đất khỏc nhau rất khỏc nhau. nờn khụng thể cú hai trận động đất cú thành phần phổ giống hệt nhau. Cỏc giỏ trị hệ số phổ của Medvedev là cỏc giỏ trị trung bỡnh thu được từ việc phõn tớch 80 số đo của cỏc chuyển động địa chấn. phụ thuộc vào cỏc tớnh chất cơ lý khụng những của nền đất mà cũn cả mụi trường súng địa chấn truyền qua.