Η επικίνδυνη ρευστοποίηση του εδάφους μπορεί να συμβεί μακριά από τα επίκεντρα σεισμού σε συνθήκες αποστράγγισης - Physics World

Σε αντίθεση με τη συμβατική σοφία, η ρευστοποίηση του εδάφους κατά τους σεισμούς μπορεί να συμβεί μακριά από τα επίκεντρα, σε συνθήκες αποστράγγισης και σε σχετικά χαμηλά επίπεδα σεισμικής πυκνότητας ενέργειας. Το εύρημα μιας διεθνούς ομάδας ερευνητών θα μπορούσε να μας επιτρέψει να αξιολογήσουμε καλύτερα και να προετοιμαστούμε για τους κινδύνους σεισμών.

Ένας από τους πιο καταστροφικούς και ανησυχητικούς κινδύνους που σχετίζονται με τους σεισμούς είναι η υγροποίηση του εδάφους. Αυτό συμβαίνει όταν η σεισμική δόνηση αυξάνει προσωρινά το χώρο μεταξύ των μεμονωμένων κόκκων του εδάφους, προκαλώντας απώλεια στερεότητας. Το έδαφος αρχίζει να συμπεριφέρεται σαν ένα παχύρρευστο υγρό, στο οποίο μπορούν να βυθιστούν οχήματα, κτίρια και άλλες κατασκευές. Ταυτόχρονα, θαμμένες υποδομές όπως οι αγωγοί μπορούν να «επιπλέουν» στην επιφάνεια (βλ. σχήμα). Η υγροποίηση μπορεί επίσης να προκαλέσει εξάπλωση και ρωγμές του εδάφους, ακόμη και να προκαλέσει κατολισθήσεις.

Ενώ η ρευστοποίηση του εδάφους μπορεί να είναι μια καταστροφική επίδραση ενός σεισμού, μπορεί να έχει χρήσιμες εφαρμογές. Οι πολιτικοί μηχανικοί προκαλούν σκόπιμα υγροποίηση για να βελτιώσουν την ποιότητα του εδάφους πριν από την κατασκευή και να ελαχιστοποιήσουν τον κίνδυνο σεισμικής ρευστοποίησης. Αυτό μπορεί να γίνει με ανατινάξεις, δυναμική συμπύκνωση και δονητική επίπλευση, η οποία περιλαμβάνει έναν μεγάλο δονούμενο καθετήρα.

Αστραγγιστικές συνθήκες

Παραδοσιακά, η σεισμική ρευστοποίηση έχει συσχετιστεί με μη στραγγιζόμενες συνθήκες (έδαφος που δεν αποστραγγίζει φυσικά το νερό) κοντά στα επίκεντρα των σεισμών. Ωστόσο, οι γεωεπιστήμονες παρατήρησαν επίσης ρευστοποίηση που συμβαίνει μακριά από το επίκεντρο με χαμηλότερα επίπεδα σεισμικής ενέργειας.

«Αυτό είναι ένα αρκετά κοινό σενάριο», εξηγεί Shahar Ben-Zeev, σεισμολόγος στο Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ. Για παράδειγμα, σημειώνει, «πολλά από τα γεγονότα ρευστοποίησης που συνέβησαν κατά τη διάρκεια της περίφημης ακολουθίας σεισμών του Canterbury 2010–2011 που προκάλεσε τεράστια ζημιά στο Christchurch της Νέας Ζηλανδίας, συνέβησαν στο μακρινό πεδίο, κάτω από πολύ χαμηλή σεισμική πυκνότητα ενέργειας εισόδου .»

Για να κατανοήσουν πώς αυτό είναι δυνατό, ο Ben-Zeev και οι συνεργάτες του έκαναν προσομοιώσεις σε κλίμακα κόκκου και φυσικά πειράματα σχετικά με την απόκριση στρωμάτων κορεσμένων με νερό κόκκων χωρίς συνοχή σε οριζόντια ανακίνηση. Τα φυσικά πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε ένα διαφανές κουτί, μέσα στο οποίο μια σειρά από μετατροπείς πίεσης επέτρεπε μετρήσεις τόσο της κίνησης των κόκκων όσο και της πίεσης των πόρων.

Διάμεση ροή υγρού

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, ακόμη και σε συνθήκες αποστράγγισης, η σεισμική δόνηση μπορεί να προκαλέσει τη ροή ενδιάμεσου ρευστού μέσα στο έδαφος, οδηγώντας στη συσσώρευση υπερβολικών κλίσεων πίεσης πόρων και, ως αποτέλεσμα, απώλεια της αντοχής του εδάφους. Η στραγγισμένη υγροποίηση φάνηκε να ξεδιπλώνεται γρήγορα — καθοδηγούμενη από την κίνηση μέσα από το έδαφος ενός μετώπου συμπίεσης με ταχύτητα που περιορίζεται από τον ρυθμό έγχυσης σεισμικής ενέργειας.

«Ο κλασικός μη στραγγισμένος μηχανισμός γίνεται αντιληπτός ως μια αθροιστική διαδικασία, δηλαδή, η πίεση των πόρων αυξάνεται σταδιακά με την πάροδο του χρόνου», εξηγεί ο Ben-Zeev. Ωστόσο, προσθέτει: «Στο στραγγισμένο σενάριο, η πίεση είναι γρήγορη και πιο στιγμιαία. Αντίστοιχα, διαπιστώσαμε ότι η παράμετρος ελέγχου για την στραγγιζόμενη υγροποίηση είναι η σεισμική ισχύς (ο ρυθμός της σεισμικής πυκνότητας ενέργειας που εισάγεται στο έδαφος).

Τα ευρήματα, σημείωσε η ομάδα, έχουν επίσης επιπτώσεις στον τρόπο ερμηνείας των γεωλογικών χαρακτηριστικών που σχετίζονται με τη ρευστοποίηση που σχετίζονται με παλαιότερους σεισμούς που δεν έχουν μετρηθεί με χρήση σεισμικών οργάνων.

«Οι διαδικασίες λήψης αποφάσεων και χάραξης πολιτικής σχετικά με την ετοιμότητα σεισμών βασίζονται σε καταλόγους σεισμών, κυρίως στο χρονικό διάστημα επανάληψης ενός συγκεκριμένου μεγέθους σεισμού σε μια περιοχή, εξηγεί ο Ben-Zeev. Ένας τρόπος για να κατασκευαστεί ένας κατάλογος που να πηγαίνει πίσω πριν από τα αρχεία οργάνων, σημειώνει, είναι να εξεταστεί η παραμόρφωση μαλακών ιζημάτων στο γεωλογικό αρχείο.

«Εάν βρεθούν ενδείξεις γεγονότων ρευστοποίησης του εδάφους, είναι δυνατό να υπολογιστούν οι παράμετροι της κίνησης του εδάφους που προκάλεσαν ρευστοποίηση και στη συνέχεια να περιοριστεί η επικεντρική απόσταση και το μέγεθος», λέει. «Η μελέτη μας, η οποία έδειξε ότι η ρευστοποίηση μπορεί να ξεκινήσει υπό ανακίνηση σχετικά χαμηλής έντασης, απαιτεί την επανεξέταση της πιθανώς υπερεκτιμημένης παλαιοεδαφικής κίνησης».

Δεν εξηγείται πλήρως

Oliver Taylor, γεωτεχνικός μηχανικός με ECS Limited που δεν συμμετείχε στη μελέτη πιστεύει ότι η εργασία είναι σημαντική: «[Ο Ben-Zeev και οι συνεργάτες του] παρέχουν μια λεπτομερή εικόνα για τα εδάφη που υγροποιούνται εκτός του κλασικού μη στραγγιστικού καθεστώτος. Αυτό είναι κάτι που έχει παρατηρηθεί in-situ, αλλά δεν έχει εξηγηθεί πλήρως από την τρέχουσα κατανόησή μας».

Τα θορυβώδη εμπορευματικά τρένα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην πρόβλεψη των σεισμών στην Καλιφόρνια

Ωστόσο, ο Taylor σημειώνει ότι η ομάδα δοκίμασε μόνο την πιο χαλαρή δυνατή κατάσταση του εδάφους σε μια μη συμπιεσμένη ομοιόμορφη άμμο. «Το ζήτημα με αυτό», προσθέτει, «είναι ότι δημιουργεί μόνο το σενάριο της «χειρότερης περίπτωσης» από το οποίο «επικυρώνονται» τα αποτελέσματα – και μπορεί να μην είναι αντιπροσωπευτικό των επιτόπιων συνθηκών όπου υπήρχε υγροποίηση χαμηλής ενεργειακής πυκνότητας παρατηρήθηκε».

Ονομάζοντας τη μελέτη «πολύ ενδιαφέρουσα», Τσι-Γιουέν Γουάνγκ − Εφαρμοσμένος γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ – επισημαίνει ότι «δεν είναι σαφές γιατί [η] προσομοίωση δεν έλαβε υπόψη τη συμπιεστότητα του πορώδους εδάφους, δεδομένου ότι το τελευταίο είναι το κύριο συστατικό της αποθήκευσης του εδάφους σε μικρό βάθος, που ελέγχει την εξέλιξη της πίεσης των πόρων».

Με την ολοκλήρωση της αρχικής τους μελέτης, ο Ben-Zeev και οι συνεργάτες του χρησιμοποιούν το ίδιο θεωρητικό πλαίσιο για να εξερευνήσουν το μυστήριο του τρόπου με τον οποίο η υγροποίηση του εδάφους μπορεί να συμβεί πολλές φορές στην ίδια τοποθεσία. Αυτό δεν αναμένεται να συμβεί επειδή το αρχικό επεισόδιο θα πρέπει να συμπυκνώσει το έδαφος και να αποτρέψει την εκ νέου υγροποίηση στο μέλλον.

Η μελέτη περιγράφεται στο Φύση Διαβιβάσεις.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/