Lichefierea periculoasă a solului poate avea loc departe de epicentrele cutremurelor în condiții drenate – Physics World

Spre deosebire de înțelepciunea convențională, lichefierea solului în timpul cutremurelor poate avea loc departe de epicentre, în condiții de drenaj și la niveluri de densitate seismică relativ scăzută. Descoperirea unei echipe internaționale de cercetători ne-ar putea permite să evaluăm și să ne pregătim mai bine pentru pericolele de cutremur.

Unul dintre cele mai catastrofale și neliniștitoare pericole legate de cutremur este lichefierea solului. Acest lucru se întâmplă atunci când scuturarea seismică mărește temporar spațiul dintre boabele individuale de sol, provocând o pierdere a solidității. Solul începe să se comporte ca un lichid vâscos, în care vehiculele, clădirile și alte structuri se pot scufunda. În același timp, infrastructura îngropată, cum ar fi conductele, poate „pluti” la suprafață (vezi figura). Lichefierea poate provoca, de asemenea, răspândirea și crăparea pământului și chiar declanșarea alunecărilor de teren.

În timp ce lichefierea solului poate fi un efect devastator al unui cutremur, poate avea aplicații utile. Inginerii civili induc în mod deliberat lichefierea pentru a îmbunătăți calitatea solului înainte de construcție și pentru a minimiza riscul de lichefiere seismică. Acest lucru se poate face prin sablare, compactare dinamică și vibroflotare, care implică o sondă vibratoare mare.

Condiții nedrenate

În mod tradițional, lichefierea seismică a fost asociată cu condiții nedrenate (sol care nu se scurge în mod natural de apă) în apropierea epicentrelor cutremurelor. Cu toate acestea, oamenii de știință au observat și lichefierea care are loc departe de epicentru, cu niveluri mai scăzute de energie seismică.

„Acesta este un scenariu destul de comun”, explică Shahar Ben-Zeev, seismolog la Universitatea Ebraică din Ierusalim. De exemplu, notează el, „multe dintre evenimentele de lichefiere care au avut loc în timpul celebrei secvențe de cutremur din Canterbury 2010–2011, care a provocat o cantitate enormă de pagube în Christchurch, Noua Zeelandă, s-au produs în câmp îndepărtat, cu o densitate de energie seismică foarte scăzută. .”

Pentru a înțelege cum este posibil acest lucru, Ben-Zeev și colegii au făcut atât simulări la scară de cereale, cât și experimente fizice privind răspunsul straturilor de boabe saturate cu apă, fără coeziune, la agitarea orizontală. Experimentele fizice au fost efectuate într-o cutie transparentă, în care o serie de traductoare de presiune a permis măsurători atât ale mișcării cerealelor, cât și ale presiunii porilor.

Fluxul de lichid interstițial

Cercetătorii au descoperit că, chiar și în condiții de drenaj, tremurarea seismică poate declanșa fluxul de fluid interstițial în sol, ducând la acumularea de gradienți de presiune în pori în exces și, ca urmare, la pierderea rezistenței solului. S-a observat că lichefierea drenată se desfășoară rapid - ghidată de mișcarea prin sol a unui front de compactare la o viteză care este constrânsă de rata de injectare a energiei seismice.

„Mecanismul clasic nedrenat este perceput ca un proces cumulativ, adică presiunea porilor crește treptat în timp”, explică Ben-Zeev. Totuși, adaugă: „În scenariul drenat, presurizarea este rapidă și mai instantanee. În consecință, am constatat că parametrul de control pentru lichefierea drenată este puterea seismică (rata densității energiei seismice introduse în sol).

Descoperirile, a remarcat echipa, au, de asemenea, implicații pentru modul în care interpretăm caracteristicile geologice legate de lichefiere asociate cu cutremure din trecut, care nu au fost măsurate cu instrumente seismice.

„Procedurile de decizie și de elaborare a politicilor privind pregătirea pentru cutremur se bazează pe cataloagele de cutremur, în principal pe intervalul de timp de reapariție a unei anumite magnitudini de cutremur într-o regiune, explică Ben-Zeev. O modalitate de a construi un catalog care merge înainte de înregistrările instrumentelor, notează el, este de a examina deformarea sedimentelor moi în înregistrarea geologică.

„Dacă se găsesc dovezi ale evenimentelor de lichefiere a solului, este posibil să se calculeze parametrii de mișcare a solului care au declanșat lichefierea și apoi să se limiteze distanța și magnitudinea epicentrală”, spune el. „Studiul nostru, care a arătat că lichefierea poate fi inițiată în condiții de agitare de intensitate relativ scăzută, solicită reexaminarea mișcării terenului paleo eventual supraestimată.”

Nu este pe deplin explicat

Oliver Taylor, un inginer geotehnic cu ECS Limited care nu a fost implicat în studiu consideră că munca este semnificativă: „[Ben-Zeev și colegii] oferă o perspectivă aprofundată asupra solurilor care se lichefiază în afara regimului clasic nedrenat. Acesta este ceva care a fost observat in situ, dar nu a fost explicat pe deplin prin înțelegerea noastră actuală.”

Trenurile de marfă zgomotoase ar putea ajuta la prezicerea cutremurelor din California

Cu toate acestea, Taylor observă că echipa a testat doar cea mai afânată stare de sol posibilă pe un nisip uniform necompactat. „Problema cu aceasta”, adaugă el, „este că creează doar scenariul „cel mai rău” din care rezultatele sunt „validate” – și poate să nu fie reprezentative pentru condițiile in situ în care a fost lichefiat cu densitate scăzută de energie. observat”.

Numind studiul „foarte interesant”, Chi-Yuen Wang − un geofizician aplicat de la Universitatea din California, Berkeley – subliniază că „nu este clar de ce simularea nu a luat în considerare compresibilitatea solului poros, dat fiind că acesta din urmă este componenta majoră a depozitării solului la adâncime mică, care controlează evoluția presiunii porilor.”

După finalizarea studiului lor inițial, Ben-Zeev și colegii săi au folosit același cadru teoretic pentru a explora misterul modului în care poate avea loc lichefierea solului de multe ori în aceeași locație. Nu este de așteptat să se întâmple, deoarece episodul inițial ar trebui să densifice solul și să prevină re-lichefierea în viitor.

Studiul este descris în Natură Comunicații.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/