地球科学
地震研究—惯性是引发地震灾害的主要原因及分析
投稿人:hh372372 投稿时间:2024-11-29 19:23 访问量:

在地震能量释放过程中,人的伤害和建筑物倾斜倾倒是地震灾害的主要因素,惯性是人体跌倒和建筑物倾斜倾倒的主要原因,现就地震过程中惯性的产生、对人体的伤害和建筑物倾斜倾倒的原因,与地震波图对应点等进行简单的分析。

一、惯性的产生过程

地震在能量释放过程中,释放极强的冲击波作用于地表介质,地表介质在冲击波的作用下,向上抬升,当地表介质抬升到一定高度时,地表介质地表面发生拉伸而破损,形成地震裂缝,地表介质内的的强压气流通过地震裂缝向地表外急速释放,地表内的压力急速下降,压力减小,失去对地表介质的有效支撑,地表介质在重力作用下,急速下降复位。在这一过程中,地表介质处于相对静止状态,而地表介质表面的可移动物体和人保持相对运动状态,运动方向与震中正向垂直。地表面不可移动物体与地表介质连接部分处于相对静止状态,连接部分以上的建筑体保持原来的运动状态,运动方向与震中正向垂直。

二、惯性的作用

惯性作用于可移动物体和人体时,发生移动与跌倒,不可移动物体及建筑物受惯性作用从与地表介质连接处发生断裂、破损后倾斜倾倒,倾斜倾倒方向与震中正向垂直。

三、惯性的灾害

惯性作用于地表面建筑物时,地表建筑物发生倾斜倾倒破损,建筑物内的人及物受到严重的伤害与损坏。地表面的人因建筑倾倒受到伤害。地表面的人因地裂缝受到伤害等其他伤害是惯性产生前发生的灾害。

四、为进一步分析其成因,现通过简单的地震坐标图进行具体分析,如图:

上图为破坏性地震的冲击波传递到地表面前、时、后的三个不同时点上的同一地表介质及地表面的人、建筑物内的人、建筑物的状态变化的地震坐标图,方向与震中垂直对应,并与地震波图的过程相对应,A区域时间段是惯性产生的时间段,时长约7-10秒,也是地表介质复位、下降的区域时间。

(一)图为地表介质变化前状态图。是冲击波传递到地表面之前,人、建筑物保持原来的相对静止状态。这时地表面、人体及建筑物感受到的震动波的震动,是地震能量释放过程中所产生的震动波及冲击波作用地下介质时,地下介质发生破碎、移位、抬升时所产生的震动波通过地表介质传递地表面人体的感受及地面的震动。

(二)图为地表介质抬升图。是冲击波作用于地表介质时,地表介质以震中为中心向上抬升。地震能量的释放是从震源点上释放,随着震裂距的增加,冲击波作用于地表介质的作用力减小,地表介质抬升高度减小,地表介质形成一定的倾斜面。处于地表面的人及建筑物同步发生倾斜,与震中方向相反。这时,处于地表面及建筑物内的人向倾斜面与震中方向相反快速移动,地表面的人受倾斜作用发生失稳跌倒。建筑物内的人受倾斜作用失稳发生跌倒,同时,建筑物内的可移动物体受倾斜作用发生与震中反向急速移动,处于同一环境中的人存在受可移动物体的冲击伤害。建筑物受倾斜作用重心偏移,存在倾倒的可能。这时,地表面形成的地震裂缝最大,对震区环境中的人形成的伤害。图中深红色人为移动前的位置,黑色人为所处时间点上的位置。

(三)图为地表介质复位及惯性的产生图。是地表介质急速复位时,地表介质保持相对静止,地表面的人及建筑物处于相对运动状态而产生惯性。更多的分析及证明资料见本栏内其内容。

(四)图为地震波图。

五、惯性的主要灾害

(一)惯性对地表介质地表面的人体伤害。受惯性作用,地表面的人因体重等影响,受惯性作用较小所移动的距离较短。如果在(二)图时,人体与建筑物处于较小的同一环境中时,人体受地表介质的倾斜快速向建筑物方向移动,当处于建筑物倾斜倾倒范围内时,人体受到极大的伤害。人体在地表介质的抬升与复位过程中处于失控状态而通过自身进行有效的移动或改变所处的位置。

(二)惯性对地表面建筑物内的人体伤害。受惯性作用,地表面建筑物发生向震中垂直方向倾斜倾倒,建筑物发生破损。处于建筑物内的人经受五次伤害,一是因地表及地表建筑物的急速抬升,建筑物发生大幅倾斜,人体与震中垂直反向移动冲击墙体。二是因地表及地表建筑物的抬升,建筑物发生大幅倾斜,建筑物内的可移动物体急速反向移动冲击人体。三是因地表及地表建筑物复位或下降,人体与震中正向急速冲击墙体。四是因地表及地表建筑物复位或下降,可移动物体与震中正向急速冲击人体。五是因建筑体的倾倒,建筑体对人体的伤害。前二次伤害是惯性产生之前,后3次是惯性产生的伤害。

(三)惯性对地表面建筑物的破坏。已在相关内容在本栏进行分析。

通过以上分析,惯性在地震能量完全释放前10秒内产生,是地震灾害发生最重的时间。同时,地震发生过程中,在惯性产生之前,是地震中人们自救的有效时间,地震能量释放从震动波开始到复位结束,时长在50-60秒内,惯性产生的时间是在冲击波冲破地表介质到地表介质内外压力平衡的时间段内,是在发震发生后40-50秒之间10秒内的时段内产生。震区内人的自救最有效时间为1-30秒,是冲击波从震源传递到地表面的时间30-40秒之间,冲击波传递到地表面后,地表介质受冲击波作用向上抬升,震区内地表面的人因地表面的倾斜失去对身体的有效控制,这时,震区内人的自救存在一定的困难,要采取有效的自救方式开展自救。对处于建筑物内的人受到五次伤害,自救难度大。在建筑物的建造方面,通过设计加固有效减小惯性的产生是减少地震灾害的方向。在震后救援方面,建筑物与震中的垂直对区域是救援的重点。