Farlig jordförtätning kan ske borta från jordbävningsepicentra under dränerade förhållanden – Physics World

I motsats till konventionella uppfattningar, kan marken flytande under jordbävningar ske borta från epicentra, under dränerade förhållanden och vid relativt låga nivåer av seismisk energitäthet. Resultatet av ett internationellt team av forskare skulle kunna ge oss möjlighet att bättre bedöma och förbereda oss för jordbävningsrisker.

En av de mest katastrofala och oroande jordbävningsrelaterade farorna är att jorden blir flytande. Detta inträffar när seismisk skakning tillfälligt ökar utrymmet mellan enskilda jordkorn, vilket orsakar en förlust av soliditet. Jorden börjar bete sig som en trögflytande vätska, i vilken fordon, byggnader och andra strukturer kan sjunka ner. Samtidigt kan nedgrävd infrastruktur som rörledningar "flyta" upp till ytan (se figur). Förvätskning kan också få marken att spridas och spricka, och till och med utlösa jordskred.

Även om flytande jord kan vara en förödande effekt av en jordbävning, kan den ha användbara tillämpningar. Civilingenjörer framkallar medvetet vätskebildning för att förbättra markkvaliteten före konstruktion och minimera risken för seismisk vätskebildning. Detta kan göras genom sprängning, dynamisk packning och vibroflotation, vilket innebär en stor vibrerande sond.

Odränerade förhållanden

Traditionellt har seismisk kondensering associerats med odränerade förhållanden (jord som inte naturligt dränerar på vatten) nära jordbävningarnas epicentra. Emellertid har geoforskare också observerat vätskebildning som sker borta från epicentret med lägre nivåer av seismisk energi.

"Detta är ett ganska vanligt scenario", förklarar Shahar Ben-Zeev, en seismolog vid hebreiska universitetet i Jerusalem. Till exempel, noterar han, "många av förvätskningshändelserna som inträffade under den berömda jordbävningssekvensen i Canterbury 2010–2011 som orsakade en enorm mängd skador i Christchurch, Nya Zeeland, inträffade i fjärran fält, under mycket låg seismisk energitäthet. .”

För att förstå hur detta är möjligt gjorde Ben-Zeev och kollegor både kornskala-simuleringar och fysiska experiment på svaret från lager av vattenmättade, sammanhållningsfria korn på horisontell skakning. De fysiska experimenten utfördes i en genomskinlig låda, inom vilken en uppsättning tryckgivare möjliggjorde mätningar av både kornrörelser och portryck.

Interstitiell vätskeflöde

Forskarna fann att även i dränerade förhållanden kan seismisk skakning utlösa interstitiell vätskeflöde i jordar, vilket leder till uppbyggnad av överskott av portrycksgradienter och som ett resultat förlust av markstyrka. Dränerad kondensering sågs utvecklas snabbt - styrd av rörelsen genom jorden på en packningsfront med en hastighet som begränsas av hastigheten för seismisk energiinjektion.

"Den klassiska odränerade mekanismen uppfattas som en kumulativ process, dvs portrycket stiger gradvis över tiden", förklarar Ben-Zeev. Han tillägger dock: "I det dränerade scenariot är trycksättningen snabb och mer omedelbar. Följaktligen fann vi att kontrollparametern för dränerad kondensering är den seismiska kraften (hastigheten för den seismiska energitätheten som matas in i jorden).

Fynden, noterade teamet, har också konsekvenser för hur vi tolkar vätskerelaterade geologiska egenskaper associerade med tidigare jordbävningar som inte har mätts med seismiska instrument.

"Besluts- och policyförfaranden för jordbävningsberedskap är beroende av jordbävningskataloger, främst återkommande tidsintervall av en viss jordbävningsstorlek i en region, förklarar Ben-Zeev. Ett sätt att konstruera en katalog som går tillbaka före instrumentregistrering, noterar han, är att undersöka mjuka sedimentdeformationer i den geologiska posten.

"Om bevis på jordförtätningshändelser hittas, är det möjligt att beräkna markrörelseparametrar som utlöste flytande och sedan begränsa epicentralt avstånd och magnitud", säger han. "Vår studie, som visade att kondensering kan initieras under relativt låg intensitet skakning, kräver en omprövning av möjligen överskattad paleo markrörelse."

Inte helt förklarat

Oliver Taylor, en geoteknisk ingenjör med ECS Limited som inte var involverad i studien anser att arbetet är betydelsefullt: ”[Ben-Zeev och kollegor] ger en grundlig inblick i jordar som flyter utanför den klassiska odränerade regimen. Detta är något som har observerats på plats, men som inte helt förklaras av vår nuvarande förståelse.”

Bullriga godståg kan hjälpa till att förutsäga jordbävningar i Kalifornien

Taylor noterar dock att teamet bara testade det lösast möjliga marktillståndet på en okomprimerad enhetlig sand. "Problemet med detta", tillägger han, "är att det bara skapar det "värsta fallet"-scenariot från vilket resultaten "valideras" - och kanske inte är representativt för de in-situ-förhållanden där kondensering med låg energidensitet var observerade”.

Kallar studien "mycket intressant", Chi-Yuen Wang - en tillämpad geofysiker vid University of California, Berkeley - påpekar att det är "oklart varför [simuleringen] inte beaktade den porösa jordens kompressibilitet, med tanke på att den senare är huvudkomponenten för lagring av jord på grunt djup, som styr utvecklingen av portrycket."

Med sin första studie avslutad har Ben-Zeev och hans kollegor använt samma teoretiska ram för att utforska mysteriet om hur jordflytning kan ske många gånger på samma plats. Detta förväntas inte inträffa eftersom den första episoden bör förtäta jorden och förhindra återförtätning i framtiden.

Studien beskrivs i Natur Trygghet i vårdförloppet.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/