Vaarallista maaperän nesteytymistä voi tapahtua pois maanjäristyskeskuksista valutetuissa olosuhteissa – Physics World

Vastoin tavanomaista viisautta, maaperän nesteytyminen maanjäristysten aikana voi tapahtua kauempana epikeskuksista, kuivatuissa olosuhteissa ja suhteellisen alhaisilla seismisen energiatiheyden tasoilla. Kansainvälisen tutkijaryhmän löydös voisi auttaa meitä arvioimaan paremmin maanjäristysvaaroja ja valmistautumaan niihin.

Yksi katastrofaalisimmista ja hämmentävimmistä maanjäristyksiin liittyvistä vaaroista on maaperän nesteytyminen. Tämä tapahtuu, kun seisminen tärinä lisää tilapäisesti maaperän yksittäisten rakeiden välistä tilaa, mikä aiheuttaa kiinteyden menetystä. Maaperä alkaa käyttäytyä kuin viskoosi neste, johon ajoneuvot, rakennukset ja muut rakenteet voivat upota. Samaan aikaan haudattu infrastruktuuri, kuten putkilinjat, voi "kellua" pintaan (katso kuva). Nesteytys voi myös aiheuttaa maan leviämistä ja halkeilua ja jopa laukaista maanvyörymiä.

Vaikka maaperän nesteyttäminen voi olla maanjäristyksen tuhoisa vaikutus, sillä voi olla hyödyllisiä sovelluksia. Rakennusinsinöörit indusoivat tarkoituksella nesteytymistä parantaakseen maaperän laatua ennen rakentamista ja minimoivat seismisen nesteytymisen riskin. Tämä voidaan tehdä puhalluksella, dynaamisella tiivistyksellä ja täryflotaatiolla, johon liittyy suuri tärisevä koetin.

Tyhjät olosuhteet

Perinteisesti seisminen nesteytys on liitetty kuivaamattomiin olosuhteisiin (maaperä, joka ei luonnollisesti valuta vettä) lähellä maanjäristyskeskuksia. Geotieteilijät ovat kuitenkin havainneet myös nesteytymistä, joka tapahtuu kauempana episentrumista alhaisemmalla seismisellä energialla.

"Tämä on melko yleinen skenaario", selittää Shahar Ben-Zeev, seismologi Jerusalemin heprealaisesta yliopistosta. Hän esimerkiksi huomauttaa, että "monet kuuluisan Canterburyn 2010–2011 maanjäristysjakson aikana tapahtuneet nesteytystapahtumat, jotka aiheuttivat valtavan määrän vahinkoja Christchurchissa, Uudessa-Seelannissa, tapahtuivat kaukokentällä erittäin alhaisen seismisen energiatiheyden vaikutuksesta. .”

Ymmärtääkseen, kuinka tämä on mahdollista, Ben-Zeev ja kollegat tekivät sekä rae-asteikon simulaatioita että fyysisiä kokeita vesikyllästettyjen, koheesiottomien jyvien kerrosten vasteesta vaakasuoraan ravistukseen. Fyysiset kokeet suoritettiin läpinäkyvässä laatikossa, jossa joukko paineantureita mahdollisti sekä rakeiden liikkeen että huokospaineen mittaukset.

Interstitiaalinen nestevirtaus

Tutkijat havaitsivat, että jopa kuivatuissa olosuhteissa seisminen tärinä voi laukaista nesteen välisen virtauksen maaperässä, mikä johtaa ylimääräisten huokospainegradienttien muodostumiseen ja sen seurauksena maaperän lujuuden menettämiseen. Tyhjennetyn nesteytymisen havaittiin kehittyvän nopeasti – tiivistymisrintaman maan läpi tapahtuvan liikkeen ohjaamana nopeudella, jota rajoittaa seismisen energian ruiskutusnopeus.

"Klassinen tyhjentämätön mekanismi nähdään kumulatiivisena prosessina, eli huokospaine nousee vähitellen ajan myötä", Ben-Zeev selittää. Hän kuitenkin lisää: ”Tyhjennetyssä skenaariossa paineistus on nopeaa ja nopeampaa. Näin ollen havaitsimme, että valutetun nesteyttämisen ohjausparametri on seisminen teho (seismisen energiatiheyden maaperään syöttämisen nopeus).

Työryhmän mukaan havainnot vaikuttavat myös siihen, kuinka tulkitsemme nesteytymiseen liittyviä geologisia piirteitä, jotka liittyvät menneisiin maanjäristyksiin, joita ei ole mitattu seismisillä välineillä.

”Maanjäristysvalmiutta koskevat päätöksenteko- ja päätöksentekomenettelyt perustuvat maanjäristysluetteloihin, pääasiassa tietyn voimakkuuden maanjäristysten toistumisaikaväliin, Ben-Zeev selittää. Hän huomauttaa, että yksi tapa rakentaa luettelo, joka ulottuu ennen instrumenttien tietueita, on tarkastella pehmeän sedimentin muodonmuutoksia geologisissa tietueissa.

"Jos todisteita maaperän nesteytystapahtumista löytyy, on mahdollista laskea maan liikeparametrit, jotka laukaisivat nesteytymisen, ja sitten rajoittaa epicentraalista etäisyyttä ja suuruutta", hän sanoo. "Tutkimuksemme, joka osoitti, että nesteytys voidaan käynnistää suhteellisen matalan intensiteetin ravistelussa, vaatii mahdollisesti yliarvioitua paleomaan liikettä."

Ei täysin selitetty

Oliver Taylor, geotekninen insinööri ECS Limited joka ei ollut mukana tutkimuksessa, uskoo työn olevan merkittävä: "[Ben-Zeev ja kollegat] tarjoavat perusteellisen käsityksen maaperistä, jotka nesteytyvät klassisen kuivaamattoman järjestelmän ulkopuolella. Tämä on jotain, joka on havaittu paikan päällä, mutta ei kuitenkaan täysin selitetty nykyisellä ymmärryksellämme."

Meluiset tavarajunat voivat auttaa ennustamaan Kalifornian maanjäristyksiä

Taylor kuitenkin huomauttaa, että tiimi testasi vain mahdollisimman löysää maaperää tiivistämättömällä tasaisella hiekalla. "Tämän ongelmana", hän lisää, "on se, että se luo vain "pahimman tapauksen" skenaarion, jonka tulokset "validoidaan" - eikä se välttämättä edusta in situ -olosuhteita, joissa matalan energiatiheyden nesteyttäminen tapahtui. havaittu”.

Kutsumalla tutkimusta "erittäin mielenkiintoiseksi", Chi-Yuen Wang − sovellettu geofyysikko Kalifornian yliopistosta, Berkeley - huomauttaa, että "on epäselvää, miksi [simulaatiossa] ei otettu huomioon huokoisen maaperän kokoonpuristuvuutta, koska jälkimmäinen on tärkein komponentti maaperän varastoinnissa matalassa syvyydessä, joka säätelee huokospaineen kehitystä."

Ensimmäisen tutkimuksensa valmistuttua Ben-Zeev ja hänen kollegansa ovat käyttäneet samaa teoreettista viitekehystä tutkiakseen mysteeriä siitä, kuinka maaperän nesteytyminen voi tapahtua monta kertaa samassa paikassa. Tämän ei odoteta tapahtuvan, koska alkuvaiheen pitäisi tiivistää maaperää ja estää uudelleennesteytyminen tulevaisuudessa.

Tutkimus on kuvattu kohdassa luonto Yhteydenpito.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/