Veszélyes talajcseppfolyósodás következhet be a földrengés epicentrumától távol, lecsapolt körülmények között – Fizika Világa

A hagyományos bölcsességgel ellentétben a földrengések során a talaj cseppfolyósodása az epicentrumoktól távol, vízelvezető körülmények között és viszonylag alacsony szeizmikus energiasűrűség mellett is megtörténhet. Egy nemzetközi kutatócsoport megállapítása lehetővé teszi számunkra, hogy jobban felmérjük és felkészüljünk a földrengésveszélyekre.

A földrengéssel kapcsolatos veszélyek közül az egyik legkatasztrófálisabb és legnyugtalanítóbb a talaj cseppfolyósodása. Ez akkor fordul elő, amikor a szeizmikus rázkódás átmenetileg megnöveli az egyes talajszemcsék közötti teret, ami a szilárdság elvesztését okozza. A talaj viszkózus folyadékként kezd viselkedni, amelybe járművek, épületek és egyéb építmények süllyedhetnek. Ugyanakkor az eltemetett infrastruktúra, például a csővezetékek „lebeghetnek” a felszínre (lásd az ábrát). A cseppfolyósítás hatására a talaj szétterülhet és megrepedhet, sőt földcsuszamlásokat is kiválthat.

Míg a talaj cseppfolyósítása pusztító hatása lehet egy földrengésnek, hasznos alkalmazásai lehetnek. Az építőmérnökök szándékosan cseppfolyósítást indukálnak, hogy javítsák a talaj minőségét az építkezés előtt, és minimalizálják a szeizmikus cseppfolyósodás kockázatát. Ez történhet robbantással, dinamikus tömörítéssel és vibroflotációval, amely egy nagyméretű vibrációs szondát foglal magában.

Kiürítetlen körülmények

Hagyományosan a szeizmikus cseppfolyósodást a földrengések epicentrumaihoz közeli vízelvezető körülményekkel (talaj, amely természetesen nem szívja el a vizet) társították. A földtudósok azonban azt is megfigyelték, hogy az epicentrumtól távol, alacsonyabb szeizmikus energia mellett cseppfolyósodás következik be.

„Ez elég gyakori forgatókönyv” – magyarázza Shahar Ben-Zeev, a Jeruzsálemi Héber Egyetem szeizmológusa. Például megjegyzi: „sok cseppfolyósítási esemény, amely a híres canterburyi 2010–2011-es földrengéssorozat során következett be, amely óriási károkat okozott Christchurchben, Új-Zélandon, a távoli mezőben történt, nagyon alacsony szeizmikus energiasűrűség mellett. .”

Hogy megértsék, hogyan lehetséges ez, Ben-Zeev és munkatársai szemcseméretű szimulációkat és fizikai kísérleteket is végeztek a vízzel telített, kohézió nélküli szemcsék rétegeinek vízszintes rázásra adott reakciójával. A fizikai kísérleteket egy átlátszó dobozban végezték, amelyben egy sor nyomásátalakító lehetővé tette mind a szemcsemozgás, mind a pórusnyomás mérését.

Intersticiális folyadékáramlás

A kutatók azt találták, hogy a szeizmikus rázkódás még vízelvezető körülmények között is intersticiális folyadékáramlást válthat ki a talajban, ami túlzott pórusnyomás-gradiensek felhalmozódásához és ennek eredményeként a talaj szilárdságának csökkenéséhez vezethet. A lecsapolt cseppfolyósodás gyorsan kibontakozik – egy tömörítési front talaján való mozgása által, olyan sebességgel, amelyet a szeizmikus energia befecskendezési sebessége korlátoz.

„A klasszikus, vízelvezetés nélküli mechanizmust kumulatív folyamatnak tekintik, azaz a pórusnyomás fokozatosan emelkedik az idő múlásával” – magyarázza Ben-Zeev. Mindazonáltal hozzáteszi: „A lemerült forgatókönyvben a nyomásgyakorlás gyors és azonnali. Ennek megfelelően azt találtuk, hogy a lecsapolt cseppfolyósítás szabályozási paramétere a szeizmikus teljesítmény (a talajba bevitt szeizmikus energiasűrűség mértéke).

A kutatócsoport megjegyezte, hogy az eredmények arra is vonatkoznak, hogyan értelmezzük a múltbeli földrengésekhez kapcsolódó, cseppfolyósodással kapcsolatos geológiai jellemzőket, amelyeket nem mértek szeizmikus műszerekkel.

„A földrengésekre való felkészültséggel kapcsolatos döntések és döntéshozatali eljárások a földrengések katalógusaira támaszkodnak, főként egy adott régióban egy bizonyos erősségű földrengés megismétlődési időintervallumára” – magyarázza Ben-Zeev. Megjegyzi, hogy egy olyan katalógus készítésének egyik módja, amely a műszerrekordok előtt megy végbe, a lágy üledék deformációjának vizsgálata a geológiai feljegyzésekben.

"Ha bizonyítékot találnak a talaj cseppfolyósodási eseményeire, ki lehet számítani azokat a talajmozgási paramétereket, amelyek kiváltották a cseppfolyósítást, majd korlátozni lehet az epicentrális távolságot és nagyságot" - mondja. "Tanulmányunk, amely kimutatta, hogy a cseppfolyósodás megindítható viszonylag alacsony intenzitású rázás mellett, megkívánja az esetlegesen túlbecsült paleo talajmozgás újbóli vizsgálatát."

Nincs teljesen elmagyarázva

Oliver Taylor, geotechnikus mérnök ECS Limited aki nem vett részt a tanulmányban, úgy véli, hogy a munka jelentős: „[Ben-Zeev és munkatársai] alapos betekintést nyújtanak a klasszikus víztelenített rendszeren kívül cseppfolyósodó talajokba. Ez olyasvalami, amit in situ megfigyeltek, de a jelenlegi felfogásunk nem magyarázza meg teljesen."

A zajos tehervonatok segíthetnek előre jelezni a kaliforniai földrengéseket

Taylor azonban megjegyzi, hogy a csapat csak a lehető leglazább talajállapotot tesztelte tömörítetlen homokon. „Az a probléma” – teszi hozzá –, hogy csak a „legrosszabb” forgatókönyvet hozza létre, amelyből az eredményeket „érvényesítik” – és nem feltétlenül reprezentálja azokat a helybeli körülményeket, ahol alacsony energiasűrűségű cseppfolyósítás történt. megfigyelt".

A tanulmányt „nagyon érdekesnek” nevezte, Chi-Yuen Wang – a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem alkalmazott geofizikusa – rámutat, hogy „nem világos, hogy a szimuláció miért nem vette figyelembe a porózus talaj összenyomhatóságát, mivel ez utóbbi a talaj kis mélységben történő tárolásának fő összetevője, amely szabályozza a pórusnyomás alakulását.”

Az első tanulmány befejeztével Ben-Zeev és kollégái ugyanazt az elméleti keretet használták annak feltárására, hogy a talaj cseppfolyósodása miként fordulhat elő sokszor ugyanazon a helyen. Ez várhatóan nem fog bekövetkezni, mert a kezdeti epizódnak meg kell sűrítenie a talajt, és meg kell akadályoznia az újrafolyósodást a jövőben.

A tanulmány leírása a Természet távközlés.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/