Вопросы инженерной сейсмологии: статья

СООТНОШЕНИЯ БАЛЛОВ РАЗЛИЧНЫХ ШКАЛ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ
Ф.Ф. АПТИКАЕВ1
О.О. ЭРТЕЛЕВА1
Г.М. ТОКМУЛИНА2
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

2 Институт клинической медицины им. Н.В. Склифосовского, ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России Сеченовский Университет
Журнал: Вопросы инженерной сейсмологии
Том: 47
Номер: 3
Год: 2020
Страницы: 75-91
УДК: 550.34 + 550.341
DOI: 10.21455/VIS2020.3-4
Ключевые слова: сейсмическая шкала, интенсивность, балл, шаг шкалы, пиковое ускорение грунта
Аннотация: Шкала сейсмической интенсивности - один из старейших инструментов определения силы сейсмических колебаний. Являясь изначально описательной характеристикой сейсмического эффекта, интенсивность долгое время требовала для повышения своей точности только более детального, внимательного рассмотрения и фиксации последствий и проявлений различных первичных и вторичных эффектов при землетрясениях. Индикаторами при этом служили реакции людей и животных, предметов быта, инженерных сооружений и изменения в природной среде. Очевидно, что инженерные сооружения с течением времени существенно изменяют свои характеристики. Появление новых технологий, строительных конструкций и материалов и совершенствование методов обследования последствий землетрясений вызывает необходимость в коррекции существующих шкал или даже в разработке новых шкал сейсмической интенсивности. Это, в свою очередь, порождает проблему соотношения оценок интенсивности по разным шкалам сейсмической интенсивности. В статье рассматривается проблема количественной оценки различий в определении интенсивности по шкалам MCS, MM, MSK-64, EMS-98, а также по двум новым стандартам ГОСТ Р 57546-2017 и ГОСТ 34511-2018. Сравнение проводится по макросейсмической и инструментальной частям шкал раздельно. Анализ макросейсмических описаний отдельных баллов (градаций) выполняется с использованием объектов-индикаторов (люди, предметы быта, здания и сооружения, природные явления). Каждый из упомянутых индикаторов рассматривается отдельно. Для шкал MCS, MM, MSK-64, ГОСТ Р 57546-2017 и ГОСТ 34511-2018 проведено сравнение их инструментальных частей. На основании проведенных исследований сделан вывод о том, что макросейсмические части этих шкал совпадают, за исключением заниженных оценок размеров трещин в грунтах в шкале MSK-64: средние различия в описаниях повреждений зданий и сооружений в среднем не превышают 0.1 балла. Существенные различия имеются лишь в инструментальных частях шкал MM, MSK-64 и ГОСТ Р 57546-2017. Анализируются причины этих различий.
Список литературы: Айзенберг Я.М. Модель сейсмического воздействия для расчета сооружений при неполной сейсмологической информации // Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности. М.: Наука, 1975. С. 170-178.

Аптикаев Ф.Ф., Шебалин Н.В. Уточнение корреляций между уровнем макросейсмического эффекта и динамическими параметрами движения грунта // Вопросы инженерной сейсмологии. 1988. Вып. 29. С. 98-108.

Аптикаев Ф.Ф., Эртелева О.О. Российская сейсмическая шкала нового поколения // Вопросы инженерной сейсмологии. 2016. Т. 43, № 2. С. 37-46.

Аптикаев Ф.Ф., Эртелева О.О., Бержинский Ю.А., Клячко М.А., Шестоперов Г.С., Стром А.Л. Шкала интенсивности землетрясений. Проект новой Российской сейсмической шкалы. Национальный стандарт Российской Федерации. Часть I // Инженерные изыскания. 2011а. № 10. С. 62-71.

Аптикаев Ф.Ф., Эртелева О.О., Бержинский Ю.А., Клячко М.А., Шестоперов Г.С., Стром А.Л. Шкала интенсивности землетрясений. Проект новой Российской сейсмической шкалы. Национальный стандарт Российской Федерации. Часть II // Инженерные изыскания. 2011б. № 11. С. 86-92.

Горшков Г.П., Шенкарева Г.А. О корреляции сейсмических шкал // Труды ИФЗ АН СССР. 1958. № 1 (168).

ГОСТ 31937-2011. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.

ГОСТ 34511-2018. Землетрясения. Макросейсмическая шкала интенсивности.

ГОСТ 6249-52. Шкала для определения силы землетрясений в пределах от 6 до 9 баллов.

ГОСТ Р 57546-2017. Землетрясения. Шкала сейсмической интенсивности.

Деменкова М.С., Уздин А.М. Использование дробных баллов в инженерной сейсмологии и сейсмостойком строительстве // Вопросы инженерной сейсмологии. 2019. Т. 46, № 1. С. 78-83. https://doi.org/10.21455/VIS2019.1-6

Ершов Е.А., Шебалин Н.В. Проблема конструкции шкалы интенсивности землетрясений с позиций сейсмолога // Вопросы инженерной сейсмологии. 1984. Вып. 25. С. 78-95.

Изменение № 1 к СП 14.13330.2018 «СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах». 2019. 135 с. https://www.minstroyrf.ru/upload/iblock/fab/Izm1-k-SP-14.pdf

Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации - ОСР-97. Масштаб 1:8000000. Главные редакторы: В.Н. Страхов, В.И. Уломов. Ответственные составители: Уломов В.И., Шумилина Л.С., Гусев А.А., Павлов В.М., Медведева Н.С. ОИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН, 1999. 4 листа.

Масляев А.В. Сейсмическая безопасность населения как цель строительной системы России // Вопросы инженерной сейсмологии. 2019. Т. 46, № 3. С. 154-162. https://doi.org/10.21455/VIS2019.3-10

Медведев С.В. Новая сейсмическая шкала // Тр. Геофиз. Ин-та АН СССР. 1953. № 21 (148).

Медведев С.В. Инженерная сейсмология. М.: Госстройиздат, 1962. 280 с.

Медведев С.В. Определение интенсивности колебаний // Вопросы инженерной сейсмологии. 1978. Вып. 19. С. 108-116.

Методический документ Республики Казахстан. Рекомендации по определению сейсмических нагрузок, соответствующих инженерно-геологическим и сейсмологическим условиям Республики Казахстан. Астана: Комитет по делам строительства, жилищно-коммунального хозяйства и управления земельными ресурсами Министерства национальной экономики Республики Казахстан, 2015. 107 с.

Назарова Ш.Ш., Уздин А.М. Задание пиковых ускорений для многоуровневого проектирования сейсмостойких конструкций // Вопросы инженерной сейсмологии. 2019. Т. 46, № 3. С.123-136. https://doi.org/10.21455/VIS2019.3-8

Нестерова О.П., Ткаченко А.С., Уздин А.М., Долгая А.А., Смирнова Л.Н., Гуань Юхай. К вопросу о задании уровня сейсмического воздействия в шкалах балльности и нормах проектирования // Вопросы инженерной сейсмологии. 2018. Т. 45, № 1. С. 73-80. https://doi.org/10.21455/VIS2018.1-7

Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации. Пояснительная записка к комплекту карт ОСР-2016 и список населенных пунктов, расположенных в сейсмоактивных зонах. Ред. Уломов В.И., Богданов М.И.; составители: Уломов В.И., Богданов М.И., Трифонов В.Г., Гусев А.А., Гусев Г.С., Акатова К.Н., Аптикаев Ф.Ф., Данилова Т.И., Кожурин А.И., Медведева Н.С., Никонов А.А., Перетокин С.А., Пустовитенко Б.Г., Стром А.Л. Инженерные изыскания. 2016. № 4. С. 49-121.

Рихтер Ч.Ф. Элементарная сейсмология. М.: ИЛ, 1963. 670 с.

Сейсмическое районирование СССР / Под ред. проф. С.В. Медведева. М: Наука, 1968. 476 с.

СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*.

Уломов В.И. Районирование сейсмической опасности на территории России // Федеральная система сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений. Информационно-аналитический бюллетень Министерства Российской Федерации по чрезвычайным ситуациям. 1994. Т. 1, № 1. С. 41-52.

Шебалин Н.В. Количественная макросейсмика // Вычислительная сейсмология. Вып. 34. М.: Геос, 2003. С. 57-200.

Шебалин Н.В., Аптикаев Ф.Ф. Развитие шкал типа MSK // Вычислительная сейсмология. Вып. 34. М.: Геос, 2003. С. 210-253.

Шкала и система измерения сейсмической интенсивности в баллах (Проект, одобренный Бюро МСССС 16 ноября 1973 г.) // Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности (ред. Назаров А.Г., Шебалин Н.В.). М.: Наука, 1975. С. 7-10.

Эртелева О.О., Аптикаев Ф.Ф. Применение теории размерностей и подобия при задании сейсмических воздействий // Вопросы инженерной сейсмологии. 2018. Т. 45, № 1. С. 59-72. https://doi.org/10.21455/VIS2018.1-6

Ambraseys N.N., Banda E., Irving J., Mallard D., Melville C.P., Morse T., Muir Wood R., Munoz D., Serva L., Shilston D., Surinach E., Vogt J. Notes on historical seismicity // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1983. Vol. 73. P. 1917-1920.

Arias A. A Measure of Earthquake Intensity // Seismic Design for Nuclear Power Plants / R.J. Hansen, ed. MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1970. P. 438-483.

Audemard F., Azuma T., Baiocco F., Baize S., Blumetti A.M., Brustia E., Clague J., Comerci V., Esposito E., Guerrieri L., Gurpinar A., Grutzner C., Jin K., Kim Y.S., Kopsachilis V., Lucarini M., McCalpin J., Michetti A.M. Earthquake Environmental Effect for seismic hazard assessment: the ESI intensity scale and the EEE Catalogue // Memorie Descriptive Della Carta Geologica d’Italia A.T.I. - SYSTEMCART srl - S.EL.CA. srl, 2015. 182 p.

Brazee R.J. Reevaluation of Modified Mercalli intensity scale for earthquakes using distance as determinant. Technical Memorandum. NOAA, 1978.

Cancani A. Sur l’emploi d’une double echelle sismique des intensitès, empirique et absolue // Gerlands Beitr. Geophys. 1904. Vol. 2. P. 281-283.

Chen D., Shi Z., Xu Z., Gao G., Nian J., Xiao C., Feng Y. China Seismic Intensity Scale. General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of R.P.C., 1999.

Davison C. Scales of seismic intensity: supplementary paper // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1933. Vol. 23. P. 158-166.

de Rossi M.S. Bibliografia con annotazione // Bull. Vulcanismo Ital. 1874. Vol. 1. P. 46-56.

de Rossi M.S. Programma dell’osservatorio ed archivio centrale geodinamico presso il R. Comitato Geologico d’Italia // Bull. Vulcanismo Ital. 1883. Vol. 10. P. 3-128.

Dowrick D.J. The Modified Mercalli earthquake intensity scale - revisions arising from recent studies of New Zealand earthquakes // Bulletin of New Zealand Society Earthquake Engineering. 1996. Vol. 29. P. 92-106.

Egen P.N.C. Über das Erdbeben in den Rheinund Niederlanden vom 23. Februar. 1828. Ann. Phys. 1828. Vol. 13. P. 153-163.

European Macroseismic Scale 1992 (up-dated MSK-scale) / Grünthal G. (ed.) Accord partiel ouvert en matière de prévention, de protection et d’organisation des secoures contre les risques naturels et technologiques majeurs du Conseil de l’Europe. Cahiers du Centre Europèen de Gèodynamique et de Seismologie. 1993. 79 p.

European Macroseismic Scale 1998. EMS-98 / Grünthal G (ed.) Accord partiel ouvert en matière de prévention, de protection et d’organisation des secoures contre les risques naturels et technologiques majeurs du Conseil de l’Europe. Cahiers du Centre Europèen de Gèodynamique et de Seismologie. Luxembourg, 1998. Vol. 15. 99 p.

Faenza L., Michelini A. Regression analysis of MCS intensity and ground motion parameters in Italy and its application in Shake Map // Geophys. J. Int. 2010. Vol. 180. P. 1138-1152.

Forel F.A. Intensity scale // Arch Sci. Phys. Nat. 1881. Vol. 6. P. 465-466.

Freeman S.A., Irfanoglu A., Paret T.F. Earthquake engineering intensity scale: a template with many uses // Proc. 13th World Conference on Earthquake Engineering (Vancouver, B.C., Canada, August 1-6, 2004). 2004. Paper No. 1667.

Giardini D., Grünthal G., Shedlock K., Zhang P. The GSHAP Seismic Hazard Map // Ann. Geophys. 1999. Vol. 42, № 6. P. 679-689. https://doi.org/10.4401/ag-3784

Intensity scale ESI 2007 / Guerrieri L. (ed.). Carta Geol. d’Italia. Vol. LXXIV. Roma: SYSTEMCART, 2007. 74 p.

Krinitzsky E.L., Chang F.K. Intensity-related earthquake ground motions // Bull. Assoc. Eng. Geol. 1988. Vol. 25. P. 425-435.

Mäntyniemi P., Tatevossian R.E., Tatevossian T.N. How to deal with sparse macroseismic data: Reflections on earthquake records and recollections in the Eastern Baltic Shield // Ann. Geophys. 2011. Vol. 54, № 3. P. 305-313. http://hdl.handle.net/10138/27397

Medvedev S., Sponheuer W., Karník V. Neue seismische Skala - Intensity scale of earthquakes // Proc. 7 Tagung der Europäischen Seismologischen Kommission vom 24.9. bis 30.9.1962. Jena, Veröff. Institut für Bodendynamik und Erdbebenforschung in Jena. Deutsche Akademie der Wissenschaften zu Berlin. 1964. Vol. 77. P. 69-76.

Mercalli G. Sulle modificazioni proposte alla scala sismica De Rossi-Forel // Boll. Soc. Sismol. Ital. 1902. Vol. 8. P. 184-191.

Musson R.M.W., Cecič I. Macroseismology / Lee W.H.K., Kanamori H., Jennings P.C., Kisslinger C. (eds.) International handbook of earthquake and engineering seismology. San Diego: Academic, 2002. P. 807-822.

Musson R.M.W., Grünthal G., Stucchi M. The comparison of macroseismic intensity scales // J. Seismol. 2010. Vol. 14. P. 413-428. https://doi.org/10.1007/s10950-009-9172-0

Mutke G., Chodacki J., Muszynski L. Mining seismic instrumental intensity scale MSIIS-15 - verification in coal basins // Proc. Aachen International Mining Symposia AIMS 2015 “Mine mineral resource development”. P. 551-560.

Shabestaria K.T., Yamazaki F. A proposal of instrumental seismic intensity scale compatible with MMI evaluated from three-component acceleration records // Earthquake spectra. 2001. Vol. 17, № 4. P. 711-723. https://doi.org/10.1193/1.1425814

Sieberg A. Über die makroseismische Bestimmung der Erdbebenstärke // Gerlands Beitr. Geophys. 1912. Vol. 11. P. 227-239.

Sieberg A. Geologische, physikalische und angewandte Erdbebenkunde. Jena: G. Fischer, 1923.

Stover C.W., Coffman J.L. Seismicity of the United States, 1568-1989 (revised). Washington: United States Government Printing Office, 1993.

Wald D.J., Quitoriano V., Heaton T.H., Kanamori H. Relationships between Peak Ground Acceleration, Peak Ground Velocity and Modified Mercalli Intensity in California // Earthquake Spectra. 1999. Vol. 15, № 3. P. 557-564. https://doi.org/10.1193/1.1586058

Wald D.J., Jaiswal K.S., Marano K.D., Bausch D. Earthquake Impact Scale // Natural Hazards Review. 2011. Vol. 12, № 3. P. 125-139. https://doi.org/10.1061/(ASCE)NH.1527-6996.0000040

Wood H.O., Neumann F. Modified Mercalli intensity scale of 1931 // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1931. Vol. 21. P. 277-283.

Worden C.B., Gerstenberger M.C., Rhoades D.A., Wald D.J. Probabilistic relationships between ground-motion parameters and Modified Mercalli Intensity in California // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2012. Vol. 102, № 1. P. 204-221. https://doi.org/10.1785/0120110156

Wu Y.-M., Teng T.-L., Shin Tz.-Ch., Hsiao N.-Ch. Relationship between peak ground acceleration, peak ground velocity, and intensity in Taiwan // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1993. Vol. 93, № 1. P. 386-396.