ดินเหลวที่เป็นอันตรายสามารถเกิดขึ้นได้ห่างจากจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวในสภาพที่มีการระบายน้ำ - โลกฟิสิกส์

ดินเหลวที่เป็นอันตรายสามารถเกิดขึ้นได้ห่างจากจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวในสภาพที่มีการระบายน้ำ - โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 7 พฤศจิกายน 2023 1:52 น

การทำให้เป็นของเหลวในนิวซีแลนด์
ลอยอยู่บนบก: ท่อระบายน้ำพายุนี้ถูกดันขึ้นมาบนถนนในไครสต์เชิร์ชเนื่องจากการทำให้เป็นของเหลวซึ่งเกิดจากแผ่นดินไหวที่เมืองแคนเทอร์เบอรีเมื่อปี 2010 (เอื้อเฟื้อโดย: Martin Luff/CC BY-SA 2.0)

ตรงกันข้ามกับภูมิปัญญาดั้งเดิม การทำให้ดินกลายเป็นของเหลวในระหว่างเกิดแผ่นดินไหวสามารถเกิดขึ้นห่างจากจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหว ในสภาพที่มีการระบายน้ำออก และที่ระดับความหนาแน่นของพลังงานแผ่นดินไหวที่ค่อนข้างต่ำ การค้นพบโดยทีมนักวิจัยนานาชาติอาจช่วยให้เราประเมินและเตรียมพร้อมรับอันตรายจากแผ่นดินไหวได้ดีขึ้น

ภัยพิบัติที่เกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหวที่ร้ายแรงและน่ากังวลที่สุดประการหนึ่งคือการทำให้ดินเหลว สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อแรงสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหวทำให้ช่องว่างระหว่างเม็ดดินแต่ละเม็ดเพิ่มขึ้นชั่วคราว ทำให้สูญเสียความมั่นคง ดินเริ่มมีพฤติกรรมเหมือนของเหลวหนืด ซึ่งยานพาหนะ อาคาร และโครงสร้างอื่นๆ สามารถจมลงไปได้ ในเวลาเดียวกัน โครงสร้างพื้นฐานที่ถูกฝัง เช่น ท่อส่งน้ำสามารถ “ลอย” ขึ้นสู่ผิวน้ำได้ (ดูรูป) การทำให้กลายเป็นของเหลวยังสามารถทำให้พื้นดินกระจายตัวและแตกร้าว และยังทำให้เกิดแผ่นดินถล่มอีกด้วย

แม้ว่าการทำให้ดินกลายเป็นของเหลวอาจเป็นผลเสียหายร้ายแรงจากแผ่นดินไหว แต่ก็สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ วิศวกรโยธาจงใจกระตุ้นให้เกิดสภาพเป็นของเหลวเพื่อปรับปรุงคุณภาพดินก่อนการก่อสร้าง และลดความเสี่ยงของการเกิดสภาพเป็นของเหลวจากแผ่นดินไหว ซึ่งสามารถทำได้โดยการระเบิด การบดอัดแบบไดนามิก และการสั่นสะเทือน ซึ่งต้องใช้หัววัดแบบสั่นขนาดใหญ่

สภาพที่ยังไม่ระบาย

ตามเนื้อผ้า การเกิดแผ่นดินไหวกลายเป็นของเหลวมีความเกี่ยวข้องกับสภาพที่ไม่มีการระบายน้ำ (ดินที่ไม่ระบายน้ำตามธรรมชาติ) ใกล้กับจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหว อย่างไรก็ตาม นักธรณีวิทยายังได้สังเกตการเกิดของเหลวที่เกิดขึ้นห่างจากจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวด้วยระดับพลังงานแผ่นดินไหวที่ต่ำกว่า

“นี่เป็นสถานการณ์ที่ค่อนข้างธรรมดา” อธิบาย ชาฮาร์ เบน-ซีฟนักแผ่นดินไหววิทยาจากมหาวิทยาลัยฮิบรูแห่งเยรูซาเลม ตัวอย่างเช่น เขาตั้งข้อสังเกตว่า “เหตุการณ์ของเหลวจำนวนมากที่เกิดขึ้นระหว่างลำดับแผ่นดินไหวแคนเทอร์เบอรีอันโด่งดังในปี 2010–2011 ซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายจำนวนมหาศาลในเมืองไครสต์เชิร์ช ประเทศนิวซีแลนด์ เกิดขึ้นในพื้นที่ห่างไกล ภายใต้ข้อมูลความหนาแน่นของพลังงานแผ่นดินไหวที่ต่ำมาก ”

เพื่อทำความเข้าใจว่าสิ่งนี้เป็นไปได้อย่างไร Ben-Zeev และเพื่อนร่วมงานได้ทำทั้งการจำลองระดับเกรนและการทดลองทางกายภาพเกี่ยวกับการตอบสนองของชั้นของธัญพืชที่อิ่มตัวด้วยน้ำและไร้พันธะต่อการสั่นในแนวนอน การทดลองทางกายภาพดำเนินการในกล่องโปร่งใส ซึ่งภายในชุดของทรานสดิวเซอร์ความดันทำให้สามารถวัดทั้งการเคลื่อนที่ของเกรนและความดันรูพรุนได้

การไหลของของเหลวคั่นระหว่างหน้า

นักวิจัยพบว่าแม้ในสภาวะที่มีการระบายน้ำ การสั่นไหวของแผ่นดินไหวสามารถกระตุ้นให้เกิดการไหลของของไหลคั่นระหว่างหน้าภายในดิน ซึ่งนำไปสู่การสะสมของความดันรูพรุนที่มากเกินไป และเป็นผลให้สูญเสียความแข็งแรงของดิน พบว่าของเหลวที่ระบายออกนั้นคลี่ออกอย่างรวดเร็ว โดยได้รับคำแนะนำจากการเคลื่อนที่ผ่านดินด้านหน้าการบดอัดด้วยความเร็วที่ถูกจำกัดโดยอัตราการฉีดพลังงานแผ่นดินไหว

“กลไกการระบายออกแบบคลาสสิกถือเป็นกระบวนการสะสม กล่าวคือ ความดันรูพรุนจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป” Ben-Zeev อธิบาย อย่างไรก็ตาม เขากล่าวเสริมว่า “ในสถานการณ์ที่ขาดแคลน การเพิ่มแรงดันจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและเกิดขึ้นทันทีทันใด ดังนั้นเราจึงพบว่าพารามิเตอร์ควบคุมสำหรับการทำให้กลายเป็นของเหลวที่ถูกระบายออกคือกำลังแผ่นดินไหว (อัตราความหนาแน่นของพลังงานแผ่นดินไหวที่ป้อนเข้าไปในดิน)”

ทีมงานตั้งข้อสังเกตว่าการค้นพบนี้ยังมีความหมายต่อวิธีที่เราตีความลักษณะทางธรณีวิทยาที่เกี่ยวข้องกับการทำให้เป็นของเหลวซึ่งเกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหวในอดีตซึ่งไม่ได้วัดโดยใช้เครื่องมือวัดแผ่นดินไหว

“ขั้นตอนการตัดสินใจและการกำหนดนโยบายเกี่ยวกับการเตรียมพร้อมรับมือกับแผ่นดินไหวนั้นขึ้นอยู่กับแคตตาล็อกแผ่นดินไหว ซึ่งส่วนใหญ่เป็นช่วงเวลาที่เกิดซ้ำของขนาดแผ่นดินไหวที่แน่นอนในภูมิภาคนั้น Ben-Zeev อธิบาย วิธีหนึ่งในการสร้างแคตตาล็อกที่ย้อนกลับไปก่อนบันทึกเครื่องดนตรี เขาตั้งข้อสังเกตคือการตรวจสอบการเสียรูปของตะกอนอ่อนในบันทึกทางธรณีวิทยา

“หากพบหลักฐานของเหตุการณ์การทำให้ดินกลายเป็นของเหลว ก็เป็นไปได้ที่จะคำนวณพารามิเตอร์การเคลื่อนที่ของพื้นดินที่กระตุ้นให้เกิดการกลายเป็นของเหลว จากนั้นจึงจำกัดระยะทางและขนาดศูนย์กลางของศูนย์กลาง” เขากล่าว “การศึกษาของเรา ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการทำให้เป็นของเหลวสามารถเริ่มต้นได้ภายใต้การเขย่าที่มีความเข้มข้นค่อนข้างต่ำ เรียกร้องให้มีการตรวจสอบการเคลื่อนที่ของพื้นดิน Paleo ที่ประเมินไว้สูงเกินไปอีกครั้ง”

อธิบายไม่หมด

โอลิเวอร์ เทย์เลอร์ วิศวกรธรณีเทคนิคด้วย อีซีเอส จำกัด ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้เชื่อว่างานนี้มีความสำคัญ: "[Ben-Zeev และเพื่อนร่วมงาน] ให้ข้อมูลเชิงลึกอย่างละเอียดเกี่ยวกับดินที่กลายเป็นของเหลวนอกระบอบการปกครองแบบคลาสสิกที่ไม่มีการระบายออก นี่คือสิ่งที่ถูกสังเกตในแหล่งกำเนิด แต่ยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างครบถ้วนจากความเข้าใจในปัจจุบันของเรา”

อย่างไรก็ตาม เทย์เลอร์ตั้งข้อสังเกตว่าทีมงานทดสอบเฉพาะสภาพดินที่หลวมที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้บนพื้นทรายที่ไม่มีการบดอัด “ปัญหาเกี่ยวกับเรื่องนี้” เขากล่าวเสริม “ก็คือมันสร้างสถานการณ์ 'กรณีที่เลวร้ายที่สุด' เท่านั้น ซึ่งผลลัพธ์จะถูก 'ตรวจสอบความถูกต้อง' และอาจไม่เป็นตัวแทนของสภาวะในแหล่งกำเนิดซึ่งมีการทำให้เป็นของเหลวที่มีความหนาแน่นพลังงานต่ำ สังเกต”.

เรียกงานวิจัยนี้ว่า “น่าสนใจมาก” จิ-หยวน หวาง − นักธรณีฟิสิกส์ประยุกต์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ชี้ให้เห็นว่า "ไม่มีความชัดเจนว่าทำไมการจำลอง [นั้น] จึงไม่คำนึงถึงความสามารถในการอัดตัวของดินที่มีรูพรุน เนื่องจากส่วนหลังเป็นองค์ประกอบหลักของการเก็บดินที่ระดับความลึกตื้น ซึ่งควบคุมการวิวัฒนาการของแรงกดดันในรูขุมขน”

เมื่อการศึกษาเบื้องต้นเสร็จสิ้นแล้ว Ben-Zeev และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ใช้กรอบทางทฤษฎีเดียวกันในการสำรวจความลึกลับว่าดินเหลวสามารถเกิดขึ้นได้หลายครั้งในบริเวณเดียวกันได้อย่างไร ซึ่งไม่คาดว่าจะเกิดขึ้นเนื่องจากตอนแรกจะทำให้ดินมีความหนาแน่นและป้องกันไม่ให้เกิดสภาพเหลวอีกในอนาคต

การศึกษาได้อธิบายไว้ใน ธรรมชาติ คมนาคม.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์

หนาวที่สุด: จดหมายถึงไอน์สไตน์และความก้าวหน้าของเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ทำให้นักฟิสิกส์เข้าสู่สถานะควอนตัมใหม่ของสสารได้อย่างไร - โลกฟิสิกส์

คลัสเตอร์ต้นทาง:
โหนดต้นทาง: 1932468
ประทับเวลา: ม.ค. 2, 2024