Ngược lại với hiểu biết thông thường, hiện tượng hóa lỏng đất trong động đất có thể xảy ra cách xa tâm chấn, trong điều kiện thoát nước và ở mức mật độ năng lượng địa chấn tương đối thấp. Phát hiện của một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế có thể cho phép chúng ta đánh giá và chuẩn bị tốt hơn cho các nguy cơ động đất.
Một trong những mối nguy hiểm thảm khốc và đáng lo ngại nhất liên quan đến động đất là hiện tượng hóa lỏng đất. Điều này xảy ra khi chấn động địa chấn tạm thời làm tăng khoảng cách giữa các hạt đất riêng lẻ, gây mất độ rắn chắc. Đất bắt đầu hoạt động giống như một chất lỏng nhớt, trong đó xe cộ, tòa nhà và các công trình kiến trúc khác có thể chìm vào đó. Đồng thời, cơ sở hạ tầng bị chôn vùi như đường ống có thể “nổi” lên mặt nước (xem hình). Sự hóa lỏng cũng có thể khiến mặt đất lan rộng và nứt nẻ, thậm chí gây ra lở đất.
Mặc dù hiện tượng hóa lỏng đất có thể là tác động tàn phá của trận động đất nhưng nó có thể có những ứng dụng hữu ích. Các kỹ sư xây dựng cố tình gây ra hiện tượng hóa lỏng để cải thiện chất lượng đất trước khi xây dựng và giảm thiểu nguy cơ hóa lỏng do địa chấn. Điều này có thể được thực hiện bằng cách nổ mìn, nén động và rung nổi, sử dụng một đầu dò rung lớn.
Điều kiện không thoát nước
Theo truyền thống, hóa lỏng địa chấn có liên quan đến các điều kiện không thoát nước (đất không thoát nước tự nhiên) gần tâm chấn của trận động đất. Tuy nhiên, các nhà địa chất học cũng quan sát thấy hiện tượng hóa lỏng xảy ra cách xa tâm chấn với mức năng lượng địa chấn thấp hơn.
“Đây là một kịch bản khá phổ biến,” giải thích Shahar Ben-Zeev, một nhà địa chấn học tại Đại học Do Thái ở Jerusalem. Ví dụ, ông lưu ý, “nhiều sự kiện hóa lỏng xảy ra trong chuỗi trận động đất Canterbury 2010–2011 nổi tiếng gây ra thiệt hại to lớn ở Christchurch, New Zealand, xảy ra ở vùng xa, với mật độ năng lượng địa chấn đầu vào rất thấp. .”
Để hiểu làm thế nào điều này có thể xảy ra, Ben-Zeev và các đồng nghiệp đã thực hiện cả mô phỏng ở quy mô hạt và thí nghiệm vật lý về phản ứng của các lớp hạt không kết dính, bão hòa nước trước chuyển động ngang. Các thí nghiệm vật lý được thực hiện trong một hộp trong suốt, bên trong có một loạt các bộ chuyển đổi áp suất cho phép đo cả chuyển động của hạt và áp suất lỗ rỗng.
Dòng chất lỏng kẽ
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, ngay cả trong điều kiện thoát nước, rung chấn địa chấn có thể kích hoạt dòng chất lỏng kẽ trong đất, dẫn đến sự tích tụ gradient áp lực lỗ rỗng dư thừa và kết quả là làm mất độ bền của đất. Quá trình hóa lỏng thoát nước diễn ra nhanh chóng - được dẫn dắt bởi sự chuyển động xuyên qua đất của mặt trận nén với tốc độ bị hạn chế bởi tốc độ phun năng lượng địa chấn.
Ben-Zeev giải thích: “Cơ chế không thoát nước cổ điển được coi là một quá trình tích lũy, tức là áp lực lỗ rỗng tăng dần theo thời gian”. Tuy nhiên, ông cho biết thêm: “Trong kịch bản thoát nước, áp suất sẽ nhanh hơn và tức thời hơn. Theo đó, chúng tôi nhận thấy thông số kiểm soát quá trình hóa lỏng thoát nước là năng lượng địa chấn (tỷ lệ mật độ năng lượng địa chấn đưa vào đất).”
Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng những phát hiện này cũng có ý nghĩa đối với cách chúng ta giải thích các đặc điểm địa chất liên quan đến hóa lỏng liên quan đến các trận động đất trong quá khứ chưa được đo bằng các công cụ địa chấn.
Ben-Zeev giải thích: “Quy trình ra quyết định và hoạch định chính sách liên quan đến việc chuẩn bị cho động đất dựa vào danh mục động đất, chủ yếu là khoảng thời gian tái diễn của một cường độ động đất nhất định trong một khu vực. Ông lưu ý rằng một cách để xây dựng một danh mục có trước các bản ghi dụng cụ là kiểm tra sự biến dạng trầm tích mềm trong hồ sơ địa chất.
Ông nói: “Nếu tìm thấy bằng chứng về các sự kiện hóa lỏng đất, thì có thể tính toán các thông số chuyển động của mặt đất gây ra quá trình hóa lỏng, sau đó hạn chế khoảng cách và cường độ chấn tâm”. “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng quá trình hóa lỏng có thể được bắt đầu dưới sự rung lắc cường độ tương đối thấp, đòi hỏi phải kiểm tra lại chuyển động mặt đất có thể được đánh giá quá cao.”
Không được giải thích đầy đủ
Oliver Taylor, một kỹ sư địa kỹ thuật với Công ty TNHH ECS người không tham gia vào nghiên cứu này tin rằng công trình này rất có ý nghĩa: “[Ben-Zeev và các đồng nghiệp] cung cấp cái nhìn sâu sắc thấu đáo về đất hóa lỏng bên ngoài chế độ không thoát nước cổ điển. Đây là điều đã được quan sát tại chỗ nhưng chưa được giải thích đầy đủ theo hiểu biết hiện tại của chúng tôi.”
Những chuyến tàu chở hàng ồn ào có thể giúp dự đoán động đất ở California
Tuy nhiên, Taylor lưu ý rằng nhóm nghiên cứu chỉ thử nghiệm điều kiện đất lỏng lẻo nhất có thể trên nền cát đồng nhất chưa được nén chặt. “Vấn đề với điều này,” ông nói thêm, “là nó chỉ tạo ra kịch bản 'trường hợp xấu nhất' mà từ đó kết quả được 'xác nhận' - và có thể không đại diện cho các điều kiện tại chỗ nơi xảy ra hiện tượng hóa lỏng mật độ năng lượng thấp. Được Quan sát".
Gọi nghiên cứu này là “rất thú vị”, Vương Chí Nguyên − một nhà địa vật lý ứng dụng tại Đại học California, Berkeley – chỉ ra rằng “không rõ tại sao [mô phỏng] không xem xét khả năng nén của đất xốp, vì đất xốp là thành phần chính lưu giữ đất ở độ sâu nông, điều khiển sự phát triển của áp lực nước lỗ rỗng.”
Khi nghiên cứu ban đầu hoàn tất, Ben-Zeev và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng cùng một khung lý thuyết để khám phá bí ẩn về việc tại sao quá trình hóa lỏng đất có thể xảy ra nhiều lần ở cùng một vị trí. Điều này dự kiến sẽ không xảy ra vì giai đoạn đầu sẽ làm cứng đất và ngăn ngừa hiện tượng tái hóa lỏng trong tương lai.
Nghiên cứu được mô tả trong Thiên nhiên Truyền thông.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/
