在远离地震震中的排水条件下，可能会发生危险的土壤液化 – 物理世界

与传统观点相反，地震期间的土壤液化可能发生在远离震中、排水条件和地震能量密度相对较低的情况下。 国际研究小组的发现可以让我们更好地评估地震灾害并做好准备。

与地震相关的最具灾难性和最令人不安的灾害之一是土壤液化。 当地震震动暂时增加各个土粒之间的空间，导致坚固性丧失时，就会发生这种情况。 土壤开始表现得像粘性液体，车辆、建筑物和其他结构可以沉入其中。 与此同时，管道等埋地基础设施可以“漂浮”到地表（见图）。 液化还会导致地面蔓延、开裂，甚至引发山体滑坡。

虽然土壤液化可能会造成地震的破坏性影响，但它也有有用的应用。 土木工程师在施工前有意诱发液化，以改善土壤质量，并最大限度地降低地震液化的风险。 这可以通过爆破、强夯和振动浮选来完成，这需要一个大型振动探头。

不排水条件

传统上，地震液化与地震震中附近的不排水条件（不能自然排水的土壤）有关。 然而，地球科学家也观察到远离震中且地震能量较低的液化现象。

“这是很常见的情况，”解释道 沙哈尔·本·泽夫是耶路撒冷希伯来大学的地震学家。 例如，他指出，“2010 年至 2011 年著名的坎特伯雷地震序列中发生的许多液化事件在远场发生，地震能量密度输入非常低，给新西兰基督城造成了巨大的破坏。 ”。

为了了解这是如何可能的，Ben-Zeev 和同事对水饱和的无粘性颗粒层对水平振动的响应进行了颗粒尺度模拟和物理实验。 物理实验是在一个透明的盒子中进行的，盒子内有一系列压力传感器，可以测量颗粒运动和孔隙压力。

组织间液流动

研究人员发现，即使在排水条件下，地震震动也会引发土壤内的间质流体流动，导致过度孔隙压力梯度的形成，从而导致土壤强度损失。 排出的液化被认为在压实前沿土壤运动的引导下迅速展开，其速度受到地震能量注入速率的限制。

“经典的不排水机制被认为是一个累积过程，即孔隙压力随着时间的推移逐渐上升，”Ben-Zeev 解释道。 然而，他补充道：“在排水的情况下，加压是快速且更瞬时的。 据此，我们发现排水液化的控制参数是地震功率（地震能量密度输入土壤的比率）。”

研究小组指出，这些发现对于我们如何解释与过去未使用地震仪器测量的地震相关的液化相关地质特征也有影响。

Ben-Zeev 解释说：“有关地震准备的决策和政策制定程序依赖于地震目录，主要是某个地区特定震级的地震再次发生的时间间隔。” 他指出，构建可追溯到仪器记录之前的目录的一种方法是检查地质记录中的软沉积物变形。

“如果发现土壤液化事件的证据，就可以计算引发液化的地面运动参数，然后限制震中距离和震级，”他说。 “我们的研究表明，液化可以在相对较低强度的震动下启动，因此需要重新检查可能高估的古地面运动。”

没有完全解释

奥利弗·泰勒 (Oliver Taylor)，岩土工程师 佳能有限公司 未参与这项研究的人认为这项工作意义重大：“[Ben-Zeev 及其同事] 提供了对经典不排水体系之外液化土壤的全面见解。 这是在现场观察到的，但我们目前的理解尚未完全解释。”

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然而，泰勒指出，该团队仅在未压实的均匀沙子上测试了尽可能松散的土壤条件。 “问题是，”他补充道，“它只是创造了‘最坏情况’的场景，并从中对结果进行‘验证’——并且可能不能代表低能量密度液化的现场条件。观察到的”。

称这项研究“非常有趣”， 王志远 - 加州大学伯克利分校的一位应用地球物理学家 - 指出“尚不清楚为什么模拟没有考虑多孔土壤的可压缩性，因为后者是浅层土壤储存的主要组成部分，它控制着孔隙压力的演变。”

随着初步研究的完成，本-泽夫和他的同事们一直在使用相同的理论框架来探索土壤液化如何在同一地点多次发生的谜团。 预计不会发生这种情况，因为最初的事件应该会使土壤致密并防止将来重新液化。

该研究描述于 自然 通信.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/