Ohtlik pinnase vedeldamine võib toimuda maavärina epitsentritest eemal kuivendatud tingimustes – Physics World

Vastupidiselt tavapärasele tarkusele võib pinnase vedeldamine maavärinate ajal toimuda epitsentritest eemal, kuivendatud tingimustes ja suhteliselt madala seismilise energia tiheduse tasemel. Rahvusvahelise teadlaste meeskonna leid võimaldab meil maavärinaohtu paremini hinnata ja nendeks valmistuda.

Üks katastroofilisemaid ja rahutumaid maavärinaga seotud ohte on pinnase veeldamine. See juhtub siis, kui seismiline värisemine suurendab ajutiselt üksikute mullaterade vahelist ruumi, põhjustades tahkeduse kaotuse. Pinnas hakkab käituma viskoosse vedelikuna, millesse võivad vajuda sõidukid, hooned ja muud rajatised. Samal ajal võivad maetud infrastruktuurid, nagu torujuhtmed, "ujuda" pinnale (vt joonist). Veeldamine võib põhjustada ka maapinna laialivalgumist ja pragunemist ning isegi maalihkeid.

Kuigi pinnase veeldamine võib olla maavärina laastav mõju, võib sellel olla kasulikke rakendusi. Ehitusinsenerid kutsuvad teadlikult esile vedeldamise, et parandada pinnase kvaliteeti enne ehitamist ja minimeerida seismilise veeldamise ohtu. Seda saab teha lõhkamise, dünaamilise tihendamise ja vibroflotatsiooniga, mis hõlmab suurt vibreerivat sondi.

Kuivendamata tingimused

Traditsiooniliselt on seismilist veeldamist seostatud kuivendamata tingimustega (muld, mis looduslikult ei äravoolu vett) maavärinate epitsentrite läheduses. Kuid geoteadlased on täheldanud ka veeldamist, mis toimub epitsentrist eemal madalama seismilise energia tasemega.

"See on üsna tavaline stsenaarium," selgitab Šahar Ben-Zeev, seismoloog Jeruusalemma Heebrea ülikoolis. Näiteks märgib ta, et "paljud veeldamissündmused, mis toimusid kuulsa Canterbury 2010–2011 maavärina ajal, mis põhjustasid tohutut kahju Uus-Meremaal Christchurchis, toimusid kaugväljal väga madala seismilise energiatiheduse sisendil. .”

Et mõista, kuidas see võimalik on, viisid Ben-Zeev ja tema kolleegid läbi nii terade ulatuse simulatsioonid kui ka füüsikalised katsed veega küllastunud, kohesioonita terade kihtide reageerimisel horisontaalsele raputamisele. Füüsikalised katsed viidi läbi läbipaistvas kastis, milles rõhuandurite rida võimaldas mõõta nii tera liikumist kui ka pooride rõhku.

Interstitsiaalne vedeliku vool

Teadlased leidsid, et isegi kuivendatud tingimustes võib seismiline raputamine käivitada pinnasesisese vedeliku voolu, mis põhjustab liigsete pooride rõhu gradientide kogunemist ja selle tulemusena mulla tugevuse vähenemist. Kuivendatud veeldamine ilmnes kiiresti – seda juhib tihendusfrondi pinnase liikumine kiirusega, mida piirab seismilise energia sissepritse kiirus.

"Klassikalist äravoolumehhanismi tajutakse kumulatiivse protsessina, st pooride rõhk tõuseb aja jooksul järk-järgult," selgitab Ben-Zeev. Siiski lisab ta: „Tühjendatud stsenaariumi korral on survestamine kiire ja hetkelisem. Sellest lähtuvalt leidsime, et kuivendatud veeldamise kontrollparameetriks on seismiline võimsus (seismilise energia tiheduse pinnasesse sisestamise kiirus).

Uurimisrühm märkis, et leiud mõjutavad ka seda, kuidas tõlgendame veeldamisega seotud geoloogilisi tunnuseid, mis on seotud varasemate maavärinatega, mida ei ole seismiliste instrumentidega mõõdetud.

"Maavärinaks valmisolekuga seotud otsuste tegemise ja poliitika kujundamise protseduurid põhinevad maavärinate kataloogidel, peamiselt teatud maavärina magnituudi kordumise ajavahemikul piirkonnas," selgitab Ben-Zeev. Ta märgib, et üks viis kataloogi koostamiseks, mis ulatub tagasi enne instrumentide andmeid, on uurida pehmete setete deformatsioone geoloogilistes kirjetes.

"Kui leitakse tõendeid pinnase veeldamise kohta, on võimalik arvutada maapinna liikumise parameetreid, mis käivitasid veeldamise, ja seejärel piirata epitsentri kaugust ja suurust," ütleb ta. "Meie uuring, mis näitas, et vedeldamist saab alustada suhteliselt madala intensiivsusega raputamisel, nõuab võimaliku ülehinnatud paleo maapinna liikumise uuesti läbivaatamist."

Ei ole täielikult selgitatud

Oliver Taylor, geotehniline insener koos ECS Limited kes ei osalenud uuringus, usub, et töö on märkimisväärne: „[Ben-Zeev ja kolleegid] annavad põhjaliku ülevaate muldadest, mis vedelduvad väljaspool klassikalist kuivendamata režiimi. See on midagi, mida on kohapeal täheldatud, kuid mida meie praegune arusaam ei ole täielikult selgitanud.

Mürarikkad kaubarongid võivad aidata ennustada California maavärinaid

Taylor märgib siiski, et meeskond katsetas ainult võimalikult lahtist pinnase seisundit tihendamata ühtlasel liival. "Selle probleem," lisab ta, "on see, et see loob ainult "halvima" stsenaariumi, mille alusel tulemused "kinnitatakse" - ja see ei pruugi olla tüüpiline in situ tingimustes, kus toimus madala energiatihedusega veeldamine. täheldatud”.

Nimetades uuringut "väga huvitavaks", Chi-Yuen Wang − Berkeley California ülikooli rakendusgeofüüsik – juhib tähelepanu sellele, et “on ebaselge, miks [simulatsioonis] ei arvestatud poorse pinnase kokkusurutavust, arvestades, et viimane on pinnase madalal sügavusel säilitamisel peamine komponent, mis kontrollib pooride rõhu arengut.

Pärast esialgset uuringut on Ben-Zeev ja tema kolleegid kasutanud sama teoreetilist raamistikku, et uurida mõistatust, kuidas pinnase veeldamine võib samas kohas mitu korda toimuda. Seda ei juhtu eeldatavasti, sest esialgne episood peaks tihendama mulda ja takistama tulevikus uuesti vedeldamist.

Uuringut kirjeldatakse artiklis loodus Side.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/