Опасное разжижение почвы может произойти вдали от эпицентров землетрясений в дренированных условиях – Мир физики

Вопреки общепринятому мнению, разжижение почвы во время землетрясений может происходить вдали от эпицентров, в дренированных условиях и при относительно низких уровнях плотности сейсмической энергии. Открытие международной группы исследователей может позволить нам лучше оценить опасность землетрясений и подготовиться к ним.

Одной из наиболее катастрофических и тревожных опасностей, связанных с землетрясениями, является разжижение почвы. Это происходит, когда сейсмические тряски временно увеличивают пространство между отдельными зернами почвы, вызывая потерю прочности. Почва начинает вести себя как вязкая жидкость, в которую могут погружаться транспортные средства, здания и другие конструкции. В то же время подземная инфраструктура, такая как трубопроводы, может «всплывать» на поверхность (см. рисунок). Разжижение также может привести к растеканию и растрескиванию земли и даже вызвать оползни.

Хотя разжижение почвы может быть разрушительным последствием землетрясения, оно может иметь и полезные применения. Инженеры-строители намеренно вызывают разжижение, чтобы улучшить качество почвы перед строительством и минимизировать риск сейсмического разжижения. Это можно сделать путем взрывных работ, динамического уплотнения и виброфлотации с использованием большого вибрационного зонда.

Недренированные условия

Традиционно сейсмическое разжижение связывали с недренируемыми условиями (почва, которая естественным образом не дренирует воду) вблизи эпицентров землетрясений. Однако геологи также наблюдали разжижение, происходящее вдали от эпицентра с более низким уровнем сейсмической энергии.

«Это вполне распространенный сценарий», — поясняет Шахар Бен-Зеев, сейсмолог Еврейского университета в Иерусалиме. Например, он отмечает, что «многие из событий разжижения, которые произошли во время знаменитой серии землетрясений в Кентербери 2010–2011 годов, вызвавших огромный ущерб в Крайстчерче, Новая Зеландия, произошли в дальней зоне, при очень низкой плотности входной сейсмической энергии. ».

Чтобы понять, как это возможно, Бен-Зеев и его коллеги провели как моделирование в масштабе зерен, так и физические эксперименты по реакции слоев водонасыщенных, несвязных зерен на горизонтальное встряхивание. Физические эксперименты проводились в прозрачном боксе, внутри которого набор датчиков давления позволял измерять как движение зерен, так и поровое давление.

Поток интерстициальной жидкости

Исследователи обнаружили, что даже в дренированных условиях сейсмическое сотрясение может вызвать поток поровой жидкости в почве, что приводит к созданию избыточных градиентов порового давления и, как следствие, к потере прочности почвы. Было замечено, что осушенное разжижение разворачивается быстро — под влиянием движения через почву фронта уплотнения со скоростью, которая ограничена скоростью впрыска сейсмической энергии.

«Классический недренированный механизм воспринимается как кумулятивный процесс, т.е. поровое давление постепенно возрастает с течением времени», — объясняет Бен-Зеев. Однако он добавляет: «В сценарии с осушением давление повышается быстро и мгновенно. Соответственно, мы обнаружили, что контрольным параметром дренируемого разжижения является сейсмическая мощность (скорость ввода плотности сейсмической энергии в почву)».

Результаты, отметила команда, также имеют значение для того, как мы интерпретируем связанные с разжижением геологические особенности, связанные с прошлыми землетрясениями, которые не были измерены с помощью сейсмических инструментов.

«Процедуры принятия решений и принятия политики в отношении готовности к землетрясениям основаны на каталогах землетрясений, в основном на временном интервале повторения землетрясений определенной магнитуды в регионе», — объясняет Бен-Зеев. Он отмечает, что один из способов создания каталога, предшествующего инструментальным записям, — это изучение деформации мягких отложений в геологических записях.

«Если будут обнаружены доказательства разжижения почвы, можно будет рассчитать параметры движения грунта, которые вызвали разжижение, а затем ограничить эпицентральное расстояние и величину», — говорит он. «Наше исследование, которое показало, что разжижение может начаться при относительно слабых сотрясениях, требует переоценки возможно завышенной оценки палеодвижения грунта».

Не полностью объяснено

Оливер Тейлор, инженер-геотехник ЭКС Лимитед Не принимавший участия в исследовании, считает, что работа имеет большое значение: «[Бен-Зеев и коллеги] дают тщательное представление о почвах, которые разжижаются вне классического недренированного режима. Это то, что наблюдалось на месте, но не полностью объяснено нашим нынешним пониманием».

Шумные грузовые поезда могут помочь предсказать землетрясения в Калифорнии

Однако Тейлор отмечает, что команда тестировала только максимально рыхлый грунт на неуплотнённом однородном песке. «Проблема с этим, — добавляет он, — заключается в том, что это создает только «наихудший» сценарий, на основе которого результаты «проверяются» — и может не быть репрезентативным для условий на месте, где было сжижение с низкой плотностью энергии. наблюдаемый".

Назвав исследование «очень интересным», Чи-Юэнь Ван − геофизик-прикладник из Калифорнийского университета в Беркли – отмечает, что «непонятно, почему [при] моделировании не учитывалась сжимаемость пористого грунта, учитывая, что последний является основным компонентом хранения грунта на небольшой глубине, который контролирует эволюцию порового давления».

Завершив свое первоначальное исследование, Бен-Зеев и его коллеги использовали ту же теоретическую основу для изучения тайны того, как разжижение почвы может происходить много раз в одном и том же месте. Ожидается, что этого не произойдет, поскольку первоначальный эпизод должен уплотнить почву и предотвратить повторное разжижение в будущем.

Исследование описано в природа Связь.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/