Топырақ сұйықтануы – жер сілкінісі кезінде топырақтың қатыстығын жойып, сұйыққа айналу құбылысы. Құмды топырақтарда жиі кездеседі, қауіпті жағдай тудырады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Топырақ материалдары, әдетте қатты денелер болып табылады, бірақ сұйық сияқты мінез-құлық көрсетеді.
Soil material that is ordinarily a solid behaving like a liquid
Топырақ сұйықтануы – бұл байланыссыз, қаныққан немесе ішінара қаныққан топырақтың жер сілкінісі кезіндегі дірілдеу сияқты күштер әсерінен немесе кернеу жағдайының кенеттен өзгеруі салдарынан беріктігі мен қатаңдығын жоғалту құбылысы. Топырақ механикасында «сұйықтандырылған» терминін алғаш рет 1918 жылы Калифорниядағы Калаверас бөгетінің қирауына қатысты Аллен Хейзен қолданған. Ол бөгеттің ағынмен сұйықтану механизмін былай сипаттады:
Soil liquefaction occurs when a cohesionless saturated or partially saturated soil substantially loses strength and stiffness in response to an applied stress such as shaking during an earthquake or other sudden change in stress condition, in which material that is ordinarily a solid behaves like a liquid. In soil mechanics, the term "liquefied" was first used by Allen Hazen in reference to the 1918 failure of the Calaveras Dam in California. He described the mechanism of flow liquefaction of the embankment dam as:
Бұл құбылыс көбінесе қаныққан, ләйлі (төмен тығыздықты немесе тығыздалмаған) құмды топырақтарда байқалады. Себебі, ләйлі құм жүктеме түскенде қысылуға бейім. Ал тығыз құмдар керісінше, көлемдік кеңеюге немесе «жарылуға» бейім. Егер топырақ сумен қаныққан болса – бұл жағдай топырақ су деңгейінен немесе теңіз деңгейінен төмен болғанда жиі кездеседі, онда су топырақ түйіршіктері арасындағы кеңістіктерді («поралар») толтырады. Топырақ қысылғанда, поралық су қысымы артады және су топырақтан төмен қысымды аймақтарға (әдетте жер бетіне қарай) ағып шығуға тырысады. Алайда, егер жүктеме жылдам және жеткілікті болса немесе көп рет қайталанса (мысалы, жер сілкінісі, дауыл толқыны), су келесі жүктеме циклы қолданылғанға дейін ағып кетпейді. Нәтижесінде, су қысымы топырақ түйіршіктері арасындағы күштен (жатысқандық кернеулерден) асып кетеді, олардың байланыста болуын қамтамасыз етеді. Дәндер арасындағы осы жатысқандық ғимараттар мен олардың үстіндегі топырақ қабаттарының салмағын жер бетінен топырақ немесе тау жыныстарының тереңдіктегі қабаттарына беруге мүмкіндік береді. Топырақ құрылымының жоғалуы оның беріктігін (қиылыс кернеуін қабылдау қабілетін) жоғалтуына әкеледі және ол сұйықтық сияқты ағып жатқанын байқауға болады (сондықтан «сұйықтану» деп аталады). Топырақ сұйықтануының әсері ұзақ уақыттан бері белгілі болғанымен, инженерлер 1964 жылғы Аляска және Ниигата жер сілкінісінен кейін оған көбірек назар аударды. Бұл 1989 жылғы Лома-Приета жер сілкінісі кезінде Сан-Францисконың Марина ауданындағы және 1995 жылғы Ұлы Ханшин жер сілкінісі кезінде Кобе портындағы қираудың басты себебі болды. Соңғы кезде топырақ сұйықтануы 2010 жылғы Кентербери жер сілкінісі кезінде және 2011 жылдың басындағы мен ортасындағы Крайстчерч жер сілкінісінен кейін Крайстчерчтің шығыс жақын маңындағы және серіктес қалашықтарындағы тұрғын үйлерге кең ауқымда зиян келтірді. 2018 жылдың 28 қыркүйегінде Индонезияның Орталық Сулавеси провинциясында 7,5 балдық жер сілкінісі болды. Нәтижесінде топырақ сұйықтануы Балароа және Петобо ауылдарының маңындағы елді мекендерді қалың лайдың астына көмді. Индонезия үкіметі лайға толығымен көмілген Балароа мен Петобо аудандарын жаппай қабірлер деп жариялауды қарастырып жатыр. Көптеген елдердің құрылыс нормалары инженерлерден көпірлер, бөгеттер және тіреу құрылымдары сияқты жаңа ғимараттар мен инфрақұрылымдарды жобалау кезінде топырақ сұйықтануының әсерін ескеруді талап етеді.
The phenomenon is most often observed in saturated, loose (low density or uncompacted), sandy soils. This is because a loose sand has a tendency to compress when a load is applied. Dense sands, by contrast, tend to expand in volume or 'dilate'. If the soil is saturated by water, a condition that often exists when the soil is below the water table or sea level, then water fills the gaps between soil grains ('pore spaces'). In response to soil compressing, the pore water pressure increases and the water attempts to flow out from the soil to zones of low pressure (usually upward towards the ground surface). However, if the loading is rapidly applied and large enough, or is repeated many times (e. g., earthquake shaking, storm wave loading) such that the water does not flow out before the next cycle of load is applied, the water pressures may build to the extent that it exceeds the force (contact stresses) between the grains of soil that keep them in contact. These contacts between grains are the means by which the weight from buildings and overlying soil layers is transferred from the ground surface to layers of soil or rock at greater depths. This loss of soil structure causes it to lose its strength (the ability to transfer shear stress), and it may be observed to flow like a liquid (hence 'liquefaction'). Although the effects of soil liquefaction have been long understood, engineers took more notice after the 1964 Alaska earthquake and 1964 Niigata earthquake. It was a major cause of the destruction produced in San Francisco's Marina District during the 1989 Loma Prieta earthquake, and in the Port of Kobe during the 1995 Great Hanshin earthquake. More recently soil liquefaction was largely responsible for extensive damage to residential properties in the eastern suburbs and satellite townships of Christchurch during the 2010 Canterbury earthquake and more extensively again following the Christchurch earthquakes that followed in early and mid 2011. On 28 September 2018, an earthquake of 7.5 magnitude hit the Central Sulawesi province of Indonesia. Resulting soil liquefaction buried the suburb of Balaroa and Petobo village deep in mud. The government of Indonesia is considering designating the two neighborhoods of Balaroa and Petobo, that have been totally buried under mud, as mass graves. The building codes in many countries require engineers to consider the effects of soil liquefaction in the design of new buildings and infrastructure such as bridges, embankment dams and retaining structures.
Техникалық анықтамалар
Топырақтың сұйықтануы топырақтың тиімді кернеуі (қалшықтығы) дерлік нөлге дейін төмендеген кезде пайда болады. Бұл монотонды жүктемемен (яғни, кернеудің бірден, кенеттен өзгеруі – мысалы, насиптің жүктемесінің артуы немесе негіздің кенеттен қолдауын жою) немесе циклдік жүктемемен (яғни, кернеу жағдайындағы қайталанған өзгерістер – мысалы, толқындық жүктеме немесе жер сілкінісі) басталуы мүмкін. Екі жағдайда да қаныққан, бос күйдегі топырақ және жүктеме өзгергенде маңызды кеуектік су қысымын тудыра алатын топырақ сұйықтануға бейім. Бұл бос топырақтың қысылғанда қысылуға бейімділігіне байланысты, жүктеме топырақ қаңқасынан жақын орналасқан кеуектік суға ауысқанда үлкен артық кеуектік су қысымын тудырады. Кеуектік су қысымы көтерілген сайын, тиімді кернеу төмендегендіктен топырақтың беріктігі біртіндеп жоғалады. Сұйықтану көбінесе құмды немесе пластикалық емес сазды топырақта кездеседі, бірақ сирек жағдайларда қиыршық тас пен саз топырақта да болуы мүмкін (көзілдір саз топырақты қараңыз). Егер топырақтың беріктігі еңістің немесе құрылыстың негізінің тепе-теңдігін сақтау үшін қажетті кернеулерден төмен болса, "ағынды бұзылу" басталуы мүмкін. Бұл монотонды немесе циклдік жүктемеден туындауы мүмкін және кенеттен және апатты болуы мүмкін. Аберфан апаты осыған тарихи мысал. Касагранде осы құбылысты "ағынды сұйықтану" деп атаған, бірақ оның пайда болуы үшін нөлдік тиімді кернеу міндетті емес. "Циклдік сұйықтану" – циклдік жүктемеге жауап ретінде үлкен қиылысу деформацияларының жиналуымен сипатталатын топырақтың күйі. Шамамен нөлдік тиімді кернеудің пайда болуына сәйкес келетін типтік деформация 5% екі еселі амплитудалы қиылысу деформациясы болып табылады. Бұл топырақ сынағының нәтижесінде алынған анықтама, әдетте циклдік триаксиалды, циклдік тікелей қиылысу немесе циклдік бұрылу қиылысу сынақтары арқылы жүзеге асырылады. Бұл сынақтар топырақтың сұйықтануға қарсы тұру қабілетін, белгілі бір қиылысу кернеуі амплитудасындағы жүктеме циклдерінің қанша саны "жетіспеушілікке" әкелетінін бақылап анықтауға мүмкіндік береді. Мұндағы жетіспеушілік жоғарыда аталған қиылысу деформациясы критерийлерімен анықталады. "Циклдік жылдамдық" термині циклдік жүктемеден туындаған тиімді кернеудің біртіндеп төмендеу механизмін білдіреді. Бұл барлық топырақ түрлерінде, тіпті тығыз топырақта да болуы мүмкін. Алайда, нөлдік тиімді кернеуге жеткенде, мұндай топырақтар бірден кеңейіп, беріктігін қайта алады. Сондықтан, қиылысу деформациялары топырақтың нақты сұйықтану күйінен айтарлықтай төмен болады.
Soil liquefaction occurs when the effective stress (shear strength) of soil is reduced to essentially zero. This may be initiated by either monotonic loading (i. e., a single, sudden occurrence of a change in stress – examples include an increase in load on an embankment or sudden loss of toe support) or cyclic loading (i. e., repeated changes in stress condition – examples include wave loading or earthquake shaking). In both cases a soil in a saturated loose state, and one which may generate significant pore water pressure on a change in load are the most likely to liquefy. This is because loose soil has the tendency to compress when sheared, generating large excess porewater pressure as load is transferred from the soil skeleton to adjacent pore water during undrained loading. As pore water pressure rises, a progressive loss of strength of the soil occurs as effective stress is reduced. Liquefaction is more likely to occur in sandy or non plastic silty soils but may in rare cases occur in gravels and clays (see quick clay). A 'flow failure' may initiate if the strength of the soil is reduced below the stresses required to maintain the equilibrium of a slope or footing of a structure. This can occur due to monotonic loading or cyclic loading and can be sudden and catastrophic. A historical example is the Aberfan disaster. Casagrande referred to this type of phenomena as 'flow liquefaction' although a state of zero effective stress is not required for this to occur. 'Cyclic liquefaction' is the state of soil when large shear strains have accumulated in response to cyclic loading. A typical reference strain for the approximate occurrence of zero effective stress is 5% double amplitude shear strain. This is a soil test based definition, usually performed via cyclic triaxial, cyclic direct simple shear, or cyclic torsional shear type apparatus. These tests are performed to determine a soil's resistance to liquefaction by observing the number of cycles of loading at a particular shear stress amplitude required to induce 'fails'. Failure here is defined by the aforementioned shear strain criteria. The term 'cyclic mobility' refers to the mechanism of progressive reduction of effective stress due to cyclic loading. This may occur in all soil types including dense soils. However, on reaching a state of zero effective stress such soils immediately dilate and regain strength. Thus, shear strains are significantly less than a true state of soil liquefaction.
Пайда болуы
Сұйылыну көбінесе дренажы нашар, мысалы, сазды құм немесе өткізбейтін шөгінділер бар құм мен қиыршық тас сияқты, бос немесе орташа қаныққан ұсақ түйіршікті топырақтарда пайда болады. Толқындық жүктеме кезінде, әдетте циклдік дренажсыз жүктеме, мысалы сейсмикалық жүктеме, бос құмдар көлемін азайтуға бейім, бұл олардың кеуекті су қысымын арттырады, содан кейін қию беріктігі төмендейді, яғни тиімді кернеуді азайтады. Сұйылынуға ең бейім кен орындары – жас (холоцен дәуірі, соңғы 10 000 жыл ішінде шөгіндірген) құмдар мен сазды топырақтар, ұқсас өлшемдегі түйірлерге (жақсы сұрыпталған) ие, кем дегенде бір метр қалыңдықтағы төсектерде орналасқан және сумен толық қаныққан. Мұндай шөгінділер көбінесе өзен арналарында, жағажайларда, құм төбелерінде және желмен әкелінген саз (лесс) пен құм жиналған жерлерде кездеседі. Топырақтың сұйылынуының мысалдары: жылдам құм, жылдам балшық, тұманды ағыстар және жер сілкінісінен туындаған сұйылыну. Бастапқы бос кеңістікке байланысты, топырақ материалы жүктемеге жауап ретінде созылу жұмсаруына немесе созылу қатаюына ұшырауы мүмкін. Созылу арқылы жұмсатылған топырақтар, мысалы, бос құмдар, егер статикалық қию кернеуі топырақтың соңғы немесе тұрақты күйдегі қию беріктігінен жоғары болса, монотонды немесе циклдік түрде құлауы мүмкін. Бұл жағдайда ағынды сұйылыну пайда болады, онда топырақ төменгі тұрақты қалдық кернеуде деформацияланады. Егер топырақ созылу қатайса, мысалы, орташа тығыз немесе тығыз құм болса, ағынды сұйылыну әдетте болмайды. Дегенмен, циклдік жұмсару циклдік дренажсыз жүктемеге, мысалы, жер сілкінісі жүктемесіне байланысты пайда болуы мүмкін. Циклдік жүктеме кезіндегі деформация топырақтың тығыздығына, циклдік жүктеменің шамасына және ұзақтығына, сондай-ақ қию кернеуінің кері өзгеру деңгейіне байланысты. Егер кернеу кері өзгеретін болса, тиімді қию кернеуі нөлге жете алады, бұл циклдік сұйылынудың пайда болуына мүмкіндік береді. Егер кернеу кері өзгеретін болмаса, нөлдік тиімді кернеу пайда болмайды және циклдік жылжу пайда болады. Ұсақ түйіршікті топырақтың сұйылынуға қарсы тұру қабілеті топырақтың тығыздығына, шектеуші қысымға, топырақтың құрылымына (құрамы, жасы және цементтелуіне), циклдік жүктеменің шамасына және ұзақтығына, сондай-ақ қию кернеуінің кері өзгеру деңгейіне байланысты болады.
Liquefaction is more likely to occur in loose to moderately saturated granular soils with poor drainage, such as silty sands or sands and gravels containing impermeable sediments. During wave loading, usually cyclic undrained loading, e. g. seismic loading, loose sands tend to decrease in volume, which produces an increase in their pore water pressures and consequently a decrease in shear strength, i. e. reduction in effective stress. Deposits most susceptible to liquefaction are young (Holocene age, deposited within the last 10,000 years) sands and silts of similar grain size (well sorted), in beds at least metres thick, and saturated with water. Such deposits are often found along stream beds, beaches, dunes, and areas where windblown silt (loess) and sand have accumulated. Examples of soil liquefaction include quicksand, quick clay, turbidity currents and earthquake induced liquefaction. Depending on the initial void ratio, the soil material can respond to loading either strain softening or strain hardening. Strain softened soils, e. g., loose sands, can be triggered to collapse, either monotonically or cyclically, if the static shear stress is greater than the ultimate or steady state shear strength of the soil. In this case flow liquefaction occurs, where the soil deforms at a low constant residual shear stress. If the soil strain hardens, e. g., moderately dense to dense sand, flow liquefaction will generally not occur. However, cyclic softening can occur due to cyclic undrained loading, e. g., earthquake loading. Deformation during cyclic loading depends on the density of the soil, the magnitude and duration of the cyclic loading, and amount of shear stress reversal. If stress reversal occurs, the effective shear stress could reach zero, allowing cyclic liquefaction to take place. If stress reversal does not occur, zero effective stress cannot occur, and cyclic mobility takes place. The resistance of the cohesionless soil to liquefaction will depend on the density of the soil, confining stresses, soil structure (fabric, age and cementation), the magnitude and duration of the cyclic loading, and the extent to which shear stress reversal occurs.
Сұйыту мүмкіндігі: жетілдірілген құраушы модель
Көптеген зерттеушілер қатты қаңқа мен тесіктік сұйықтың ағыны арасындағы өзара әрекеттесуді сұйылу құбылысымен байланысты материалдың жұмсаруын модельдеу үшін қарастырды. Қаныққан кеуекті ортаның динамикалық қасиеттері топырақ пен тесіктік сұйықтың өзара әрекеттесуіне байланысты. Қаныққан кеуекті ортаға күшті жер сілкінісі әсер еткен кезде, тесіктік сұйықтың қатты қаңқаға қатысты қозғалысы туындайды. Тесіктік сұйықтың уақытша қозғалысы көбіндік су қысымының қайта бөлінуіне маңызды әсер ете алады, бұл жүктеме жылдамдығы, топырақтың өткізгіштігі, қысым градиенті және шекаралық шарттармен анықталады. Жеткілікті жоғары сіңу жылдамдығы болған жағдайда, кеуекті ортадағы ағын заңы сызықтық емес және Дарси заңына бағынбайтыны белгілі. Бұл факт жақында сұйылуды модельдеу үшін топырақ пен тесіктік сұйықтың өзара әрекеттесуін зерттеуде ескерілді. Турбулентті ағын заңы үшін толық ескеретін динамикалық шекті элементтер әдісі әзірленді. Басқару теңдеулері Biot формуласын кеңейтуге негізделген қаныққан кеуекті орта үшін тұжырымдалды. Топырақтың жер сілкінісі кезіндегі серпімді-пластикалық мінез-құлқы, өнімділік беті мен қатарлас емес ағын ережесінен тұратын жалпыланған пластикалық теорияны қолдану арқылы модельдендірілді.
The interaction between the solid skeleton and pore fluid flow has been considered by many researchers to model the material softening associated with the liquefaction phenomenon. The dynamic performance of saturated porous media depends on the soil pore fluid interaction. When the saturated porous media is subjected to strong ground shaking, pore fluid movement relative to the solid skeleton is induced. The transient movement of pore fluid can significantly affect the redistribution of pore water pressure, which is generally governed by the loading rate, soil permeability, pressure gradient, and boundary conditions. It is well known that for a sufficiently high seepage velocity, the governing flow law in porous media is nonlinear and does not follow Darcy's law. This fact has been recently considered in the studies of soil pore fluid interaction for liquefaction modeling. A fully explicit dynamic finite element method has been developed for turbulent flow law. The governing equations have been expressed for saturated porous media based on the extension of the Biot formulation. The elastoplastic behavior of soil under earthquake loading has been simulated using a generalized plasticity theory that is composed of a yield surface along with a non associated flow rule.
Жер сілкінісі кезінде сұйыту
Үлкен жер сілкінісі кезінде туындайтын қысым жер асты суын және сұйық құмды жер бетіне шығаруы мүмкін. Бұл құбылыс жер бетінде "құм қайнауы", "құм атқылауы" немесе "құм жанартауы" деп аталатын түрлі әсерлер ретінде көрінеді. Мұндай жер сілкінісінен туындаған жер беті деформациялары, егер олар жарықшақтың үстінде немесе оған жақын жерде болса, біріншілік деформация деп, ал жарықшақтан алшақ жерде болса, тарап кеткен деформация деп жіктеледі. Тағы бір жиі кездесетін құбылыс – жердің тұрақсыздығы, яғни жердің жарылуы және төмен қарай немесе өзендердің, ағыстардың немесе жағалаудың тірегі жоқ жиектеріне қарай жылжуы. Осылайша жердің зақымдануы "жанама таралу" деп аталады және көлденеңнен 1 немесе 2 градусқа ғана еңкейген өте жас беткейлерде кездесуі мүмкін. Топырақтың сұйылуының бір жағымды тұсы – жер сілкінісінің қалған уақытында сілкініс әсерінің айтарлықтай азаюы (төмендеуі). Себебі сұйықтар серпімді күштерге төтеп бере алмайды, сондықтан топырақ сілкініс салдарынан сұйылып қалғаннан кейін, келесі сілкініс (жер арқылы қисайту толқындарымен берілетін) жер бетіндегі ғимараттарға жетпейді. Тарихқа дейінгі жер сілкіністерінен қалған сұйылу белгілерін зерттеу, палеоликуификация немесе палеосейсмология деп аталады, бұл жазбалар сақталмас бұрын немесе нақты өлшемдер алынбас бұрын болған жер сілкіністері туралы мәліметтерді ашуға мүмкіндік береді. Жер сілкінісінен туындаған топырақтың сұйылуы қалалық жерлердегі сейсмикалық тәуекелдің маңызды факторы болып табылады.
Pressures generated during large earthquakes can force underground water and liquefied sand to the surface. This can be observed at the surface as effects known alternatively as "sand boils", "sand blows" or "sand volcanoes". Such earthquake ground deformations can be categorized as primary deformation if located on or close to the ruptured fault, or distributed deformation if located at considerable distance from the ruptured fault. The other common observation is land instability – cracking and movement of the ground down slope or towards unsupported margins of rivers, streams, or the coast. The failure of ground in this manner is called 'lateral spreading' and may occur on very shallow slopes with angles only 1 or 2 degrees from the horizontal. One positive aspect of soil liquefaction is the tendency for the effects of earthquake shaking to be significantly damped (reduced) for the remainder of the earthquake. This is because liquids do not support a shear stress and so once the soil liquefies due to shaking, subsequent earthquake shaking (transferred through ground by shear waves) is not transferred to buildings at the ground surface. Studies of liquefaction features left by prehistoric earthquakes, called paleoliquefaction or paleoseismology, can reveal information about earthquakes that occurred before records were kept or accurate measurements could be taken. Soil liquefaction induced by earthquake shaking is a major contributor to urban seismic risk.
Әсерлер
Топырақтың сұйылуының құрылыс ортасына тигізетін әсері өте зиянды болуы мүмкін. Іргетасы тікелей сұйықталған құмға тірелетін ғимараттар күтпеген жерден тіреуін жояды, бұл ғимараттың күрт және тегіс емес шөгуіне әкеледі, нәтижесінде іргетастың жарылуы және ғимарат құрылымына зақым келтіреді, тіпті құрылымдық зақымсыз да ғимаратты пайдалануға жарамсыз қалдыруы мүмкін. Егер ғимараттың іргетасы мен сұйықталған топырақ арасында сұйықталмаған топырақтың жұқа қабаты болса, "шегіну" (punching shear) типіндегі іргетас бұзушылығы пайда болуы мүмкін. Тегіс емес шөгу жер асты коммуникацияларын бұзуы мүмкін. Сұйықталған топырақтың қабық қабаты арқылы қозғалуынан туындайтын жоғары қысым әлсіз іргетас плиталарын жарып, ғимараттың инженерлік жүйелері арқылы ішке ене алады, соның салдарынан су ғимараттың ішкі мүліктеріне және электр жүйелеріне зақым келтіруі мүмкін. Қазыққа орнатылған көпiрлер мен iрi ғимараттар жанындағы топырақтың тіреуін жойып, бүкіліп немесе еңкейіп қалуы мүмкін. Еңіс жерлер мен өзендер мен көлдерге жақын жерлер сұйықталған топырақ қабатында сырғып (латеральды таралу), үлкен жер тіректерін ашып, зардап шеккен аумақта орнатылған ғимараттарға, көпiрлерге, жолдарға және су, табиғи газ, кәріз, электр қуаты және телекоммуникация сияқты инженерлік желілерге елеулі зақым келтіруі мүмкін. Жерге көмілген резервуарлар мен люктер сұйықталған топырақта қалықтап жүзуі мүмкін.
The effects of soil liquefaction on the built environment can be extremely damaging. Buildings whose foundations bear directly on sand which liquefies will experience a sudden loss of support, which will result in drastic and irregular settlement of the building causing structural damage, including cracking of foundations and damage to the building structure, or leaving the structure unserviceable, even without structural damage. Where a thin crust of non liquefied soil exists between building foundation and liquefied soil, a 'punching shear' type foundation failure may occur. Irregular settlement may break underground utility lines. The upward pressure applied by the movement of liquefied soil through the crust layer can crack weak foundation slabs and enter buildings through service ducts and may allow water to damage building contents and electrical services. Bridges and large buildings constructed on pile foundations may lose support from the adjacent soil and buckle or come to rest at a tilt. Sloping ground and ground next to rivers and lakes may slide on a liquefied soil layer (termed 'lateral spreading'), opening large ground fissures, and can cause significant damage to buildings, bridges, roads and services such as water, natural gas, sewerage, power and telecommunications installed in the affected ground. Buried tanks and manholes may float in the liquefied soil due to buoyancy.
Жеңілдіктер әдістері
Жер сілкінісінің салдарларын азайту әдістерін жер сілкінісі инженерлері әзірлеген, және оларға әртүрлі топырақ тығыздау техникалары кіреді, мысалы вибро тығыздау (тереңдік вибраторлары арқылы топырақты тығыздау), динамикалық тығыздау және вибро тас бағаналары. Бұл әдістер топырақты тығыздап, ғимараттардың топырақ сұйықтануына ұшырауына жол бермейді. Бар болған ғимараттарды топыраққа цемент құю арқылы, сұйықтануға бейім топырақ қабатын тұрақтандыру арқылы нығайтуға болады. IPS (индуцирленген жартылай қанығу) деп аталатын тағы бір әдіс енді ірі масштабта қолдануға мүмкіндік береді. Бұл әдісте топырақтың қанығу дәрежесі төмендетіледі.
Mitigation methods have been devised by earthquake engineers and include various soil compaction techniques such as vibro compaction (compaction of the soil by depth vibrators), dynamic compaction, and vibro stone columns. These methods densify soil and enable buildings to avoid soil liquefaction. Existing buildings can be mitigated by injecting grout into the soil to stabilize the layer of soil that is subject to liquefaction. Another method called IPS (Induced Partial Saturation) is now practicable to apply on larger scale. In this method, the saturation degree of the soil is decreased.
Жылжымалы құм
Құмның еріген жері құмның босаң топырағына су толып, ол қимылға келгенде пайда болады. Құмның ішіне сіңген судың шығуына мүмкіндік болмаса, ол күшке қарсы тұра алмайтын сұйытылған топыраққа айналады. Еріген құм тұрақтанған немесе (жоғары қарай) ағатын жер асты суынан (мысалы, жер асты бұлағынан) немесе жер сілкінісінен пайда болуы мүмкін. Жер асты суы ағып тұрғанда, су ағысының күші гравитация күшіне қарсы келіп, құм түйіршіктерін жүзбелі етеді. Жер сілкінісі болғанда, діріл күші жер асты суының қысымын арттырып, құм мен лай жинақтарын сұйытады. Екі жағдайдың да нәтижесінде сұйытылған беткейдің беріктігі төмендеп, сол беттегі ғимараттар немесе басқа да заттар батып немесе құлайды. Қаныққан шөгінді қысым өзгергенше немесе соққы болғанша қатты көрінеді, содан кейін құмның әрбір түйірін судың жұқа қабатымен орап алып, суспензия құрайды. Осы серпімділік еріген құмға және басқа сұйытылған шөгінділерге серпімді, сұйық сипат береді. Сұйытылған құмдағы заттар салмағы ығыстырылған құм мен су қоспасының салмағына тең деңгейге дейін батып, дененің жүзу қабілеті арқасында жүзіп отырады.
Quicksand forms when water saturates an area of loose sand, and the sand is agitated. When the water trapped in the batch of sand cannot escape, it creates liquefied soil that can no longer resist force. Quicksand can be formed by standing or (upwards) flowing underground water (as from an underground spring), or by earthquakes. In the case of flowing underground water, the force of the water flow opposes the force of gravity, causing the granules of sand to be more buoyant. In the case of earthquakes, the shaking force can increase the pressure of shallow groundwater, liquefying sand and silt deposits. In both cases, the liquefied surface loses strength, causing buildings or other objects on that surface to sink or fall over. The saturated sediment may appear quite solid until a change in pressure, or a shock initiates the liquefaction, causing the sand to form a suspension with each grain surrounded by a thin film of water. This cushioning gives quicksand, and other liquefied sediments, a spongy, fluidlike texture. Objects in the liquefied sand sink to the level at which the weight of the object is equal to the weight of the displaced sand/water mix and the object floats due to its buoyancy.
Тез балшықты
Тез балшық, Канадада Леда балшығы деп аталады, суға толы гель. Оның қатты күйінде ол өте сезімтал балшыққа ұқсайды. Бұл балшық қозғалғанда салыстырмалы түрде берік күйінен сұйық массаға айналуға бейім. Бұл қатты күйден сұйық күйге бірте-бірте өзгеру процесі спонтанды сұйылу деп аталады. Балшық жоғары су мөлшеріне (көлем бойынша 80%-ға дейін) қарамастан, қатты құрылымды сақтайды, себебі беттік кернеу сумен қапталған балшық қабаттарын бірге ұстайды. Құрылым соққыға немесе жеткілікті серпілуге ұшырағанда, ол сұйық күйге өтеді. Тез балшық тек Ресей, Канада, АҚШ-тағы Аляска, Норвегия, Швеция және Финляндия сияқты солтүстік елдерінде ғана кездеседі, олар плейстоцен дәуірінде мұзбен жабылған. Тез балшық көптеген қауіпті көшкіндердің себебі болды. Тек Канадада ғана 250-ден астам көшкін картаға түсірілген. Олардың кейбіреулері ежелгі және жер сілкінісінен туындаған болуы мүмкін.
Quick clay, known as Leda Clay in Canada, is a water saturated gel, which in its solid form resembles highly sensitive clay. This clay has a tendency to change from a relatively stiff condition to a liquid mass when it is disturbed. This gradual change in appearance from solid to liquid is a process known as spontaneous liquefaction. The clay retains a solid structure despite its high water content (up to 80% by volume), because surface tension holds water coated flakes of clay together. When the structure is broken by a shock or sufficient shear, it enters a fluid state. Quick clay is found only in northern countries such as Russia, Canada, Alaska in the U. S., Norway, Sweden and Finland, which were glaciated during the Pleistocene epoch. Quick clay has been the underlying cause of many deadly landslides. In Canada alone, it has been associated with more than 250 mapped landslides. Some of these are ancient, and may have been triggered by earthquakes.
Құмдық ағымдар
Су асты көшкіндері – бұл тұмандық ағындар және суға қаныққан шөгінділердің төмен қарай ағынынан тұрады. Мысалы, 1929 жылы Ньюфаундленд жағалауындағы Гранд Бэнкс жер сілкінісі кезінде мұндай оқиға болды. Бірнеше минуттан кейін Атлантикалық телефон кабельдері эпицентрден алшақтап, төмен қарай қарай үзіле бастады. Барлығы 28 жерде 12 кабель жыртылды. Әр үзілістің нақты уақыты мен орны тіркелді. Зерттеушілер сағатына 100 шақырым (60 миль) жылдамдықпен қозғалған, суға қаныққан шөгінділердің су асты көшкіні немесе тұмандық ағыны жер сілкінісінің эпицентрінен континенттік беткей бойымен 600 шақырым (400 миль) төмен қарай жылжып, өтетін кезінде кабельдерді жыртып тастады деген болжам жасады.
Submarine landslides are turbidity currents and consist of water saturated sediments flowing downslope. An example occurred during the 1929 Grand Banks earthquake that struck the continental slope off the coast of Newfoundland. Minutes later, transatlantic telephone cables began breaking sequentially, farther and farther downslope, away from the epicenter. Twelve cables were snapped in a total of 28 places. Exact times and locations were recorded for each break. Investigators suggested that a 60 mile per hour (100 km/h) submarine landslide or turbidity current of water saturated sediments swept 400 miles (600 km) down the continental slope from the earthquake's epicenter, snapping the cables as it passed.