일반적인 통념과는 달리, 지진 중 토양 액상화는 진앙에서 멀리 떨어진 곳, 배수된 조건 및 상대적으로 낮은 지진 에너지 밀도 수준에서 발생할 수 있습니다. 국제 연구팀의 발견을 통해 우리는 지진 위험을 더 잘 평가하고 대비할 수 있습니다.
지진 관련 위험 중 가장 재앙적이고 불안한 위험 중 하나는 토양 액상화입니다. 이는 지진으로 인해 개별 토양 입자 사이의 공간이 일시적으로 증가하여 견고성이 손실될 때 발생합니다. 토양은 차량, 건물 및 기타 구조물이 가라앉을 수 있는 점성 액체처럼 작용하기 시작합니다. 동시에, 파이프라인과 같은 매설된 인프라는 표면으로 "떠오를" 수 있습니다(그림 참조). 액화로 인해 땅이 퍼지고 갈라질 수 있으며 심지어 산사태가 발생할 수도 있습니다.
토양 액상화는 지진으로 인해 파괴적인 영향을 미칠 수 있지만 유용한 용도로 사용될 수 있습니다. 토목공학자들은 건설 전 토양의 질을 개선하고 지진에 의한 액상화 위험을 최소화하기 위해 의도적으로 액상화를 유도합니다. 이는 대형 진동 프로브를 포함하는 폭발, 동적 압축 및 진동 부양을 통해 수행할 수 있습니다.
배수되지 않은 조건
전통적으로 지진 액상화는 지진 진원지 근처의 비배수 상태(자연적으로 물이 배수되지 않는 토양)와 관련되어 왔습니다. 그러나 지구과학자들은 낮은 수준의 지진 에너지로 진원지에서 멀리 떨어진 곳에서 액상화가 발생하는 것도 관찰했습니다.
"이것은 매우 일반적인 시나리오입니다."라고 설명합니다. 샤하르 벤지브, 예루살렘 히브리 대학교의 지진학자. 예를 들어, 그는 “뉴질랜드 크라이스트처치에서 막대한 피해를 입힌 2010~2011년 유명한 캔터베리 지진 동안 발생한 액화 사건의 대부분은 매우 낮은 지진 에너지 밀도 입력 하에서 원거리에서 발생했습니다. .”
이것이 어떻게 가능한지 이해하기 위해 Ben-Zeev와 동료들은 수평 흔들림에 대한 물에 포화되고 응집력이 없는 입자 층의 반응에 대한 입자 규모 시뮬레이션과 물리적 실험을 모두 수행했습니다. 물리적 실험은 투명한 상자에서 수행되었으며 그 안에는 일련의 압력 변환기가 있어 입자 운동과 간극 압력을 모두 측정할 수 있었습니다.
간질액 흐름
연구원들은 배수된 조건에서도 지진 진동이 토양 내 간질액 흐름을 유발하여 과도한 간극압 구배가 형성되고 결과적으로 토양 강도가 손실될 수 있음을 발견했습니다. 배수된 액상화는 지진 에너지 주입 속도에 의해 제한된 속도로 다짐 전선의 토양을 통과하는 움직임에 의해 빠르게 전개되는 것으로 나타났습니다.
Ben-Zeev는 “고전적인 비배수 메커니즘은 누적 과정으로 인식됩니다. 즉, 간극 압력은 시간이 지남에 따라 점차적으로 상승합니다.”라고 설명합니다. 그러나 그는 다음과 같이 덧붙입니다. “배수 시나리오에서는 가압이 빠르고 즉각적입니다. 따라서 배수 액화에 대한 제어 변수가 지진력(토양에 입력되는 지진 에너지 밀도의 비율)이라는 것을 알아냈습니다.”
연구팀은 이번 발견이 지진 장비를 사용하여 측정되지 않은 과거 지진과 관련된 액상화 관련 지질학적 특징을 어떻게 해석하는지에 대한 암시도 갖고 있다고 지적했습니다.
“지진 대비에 관한 의사결정 및 정책 수립 절차는 지진 카탈로그, 주로 한 지역에서 특정 지진 규모의 재발생 시간 간격에 의존한다고 Ben-Zeev는 설명합니다. 기기 기록 이전으로 거슬러 올라가는 카탈로그를 만드는 한 가지 방법은 지질학적 기록에서 연퇴적 변형을 조사하는 것이라고 그는 지적합니다.
"토양 액상화 사건의 증거가 발견되면 액상화를 촉발한 지반 운동 매개변수를 계산한 다음 진앙 거리와 규모를 제한하는 것이 가능합니다."라고 그는 말합니다. "상대적으로 낮은 강도의 흔들림에서도 액화가 시작될 수 있음을 보여준 우리의 연구에서는 아마도 과대평가된 고지대 운동에 대한 재검토가 필요합니다."
완전히 설명되지 않음
지질 공학 엔지니어 올리버 테일러(Oliver Taylor) ECS 제한 연구에 참여하지 않은 사람은 이 작업이 중요하다고 믿습니다. “[Ben-Zeev와 동료]는 고전적인 비배수 체제 외부에서 액화되는 토양에 대한 철저한 통찰력을 제공합니다. 이는 현장에서 관찰되었지만 현재의 이해로는 완전히 설명되지 않는 것입니다.”
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그러나 Taylor는 팀이 압축되지 않은 균일한 모래에서 가능한 가장 느슨한 토양 조건만 테스트했다고 지적합니다. "이것의 문제는 결과가 '검증'되는 '최악의 경우' 시나리오만 생성할 뿐이며 낮은 에너지 밀도 액화가 발생한 현장 조건을 대표하지 않을 수 있다는 것입니다."라고 그는 덧붙였습니다. 관찰했다”.
이 연구는 "매우 흥미롭다"고 평가하며, 왕치위엔 - 버클리 캘리포니아 대학의 응용 지구 물리학자는 "다공성 토양이 얕은 깊이에서 토양 저장의 주요 구성 요소라는 점을 고려할 때 시뮬레이션에서 다공성 토양의 압축성을 고려하지 않은 이유가 불분명합니다. 이는 간극압의 변화를 제어합니다.”
초기 연구가 완료된 후 Ben-Zeev와 그의 동료들은 동일한 이론적 틀을 사용하여 동일한 위치에서 토양 액화가 어떻게 여러 번 발생할 수 있는지에 대한 미스터리를 탐구해 왔습니다. 초기 에피소드는 토양을 조밀하게 하고 향후 재액화를 방지해야 하기 때문에 이러한 현상은 발생할 것으로 예상되지 않습니다.
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- 출처: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/
