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Geologie der Bodenverflüssigung

Geologie der Bodenverflüssigung
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Anonim

Bodenverflüssigung, auch Erdbebenverflüssigung, Bodenversagen oder Festigkeitsverlust genannt, die dazu führt, dass sich ansonsten fester Boden vorübergehend wie eine viskose Flüssigkeit verhält. Das Phänomen tritt in wassergesättigten, nicht konsolidierten Böden auf, die von seismischen S-Wellen (Sekundärwellen) betroffen sind, die bei Erdbeben Bodenschwingungen verursachen. Obwohl Erdbebenschock die bekannteste Ursache für die Verflüssigung ist, erzeugen bestimmte Konstruktionspraktiken, einschließlich Sprengen und Bodenverdichtung sowie Vibroflotation (bei denen eine Vibrationssonde verwendet wird, um die Kornstruktur des umgebenden Bodens zu ändern) dieses Phänomen absichtlich. Schlecht entwässerte feinkörnige Böden wie sandige, schlammige und kiesige Böden sind am anfälligsten für Verflüssigungen.

Granulare Böden bestehen aus einer Mischung von Boden- und Porenräumen. Wenn in wassergefüllten Böden ein Erdbebenschock auftritt, kollabieren die wassergefüllten Porenräume, wodurch das Gesamtvolumen des Bodens verringert wird. Dieser Prozess erhöht den Wasserdruck zwischen einzelnen Bodenkörnern und die Körner können sich dann in der wässrigen Matrix frei bewegen. Dies verringert die Beständigkeit des Bodens gegen Scherbeanspruchung erheblich und bewirkt, dass die Bodenmasse die Eigenschaften einer Flüssigkeit annimmt. In seinem verflüssigten Zustand verformt sich der Boden leicht und schwere Gegenstände wie Strukturen können durch den plötzlichen Verlust der Unterstützung von unten beschädigt werden.

Gebäude, die auf loser Bodenneigung errichtet wurden und sich bei Verflüssigung leicht neigen lassen, da der Boden die Fundamente der Strukturen nicht mehr trägt. Im Gegensatz dazu werden Strukturen, die in erdbebengefährdeten Gebieten auf Grundgestein oder steifen Böden verankert sind, weniger beschädigt, da weniger Vibrationen durch das Fundament auf die darüber liegende Struktur übertragen werden. Darüber hinaus besteht bei Gebäuden, die am Grundgestein verankert sind, ein geringeres Risiko für Neigungen und Kippen.

Eine der schwersten Verflüssigungsereignisse der Neuzeit ereignete sich in China während des Erdbebens in Tangshan im Jahr 1976. Einige Wissenschaftler schätzen, dass eine Fläche von mehr als 2.400 km² einer starken Verflüssigung ausgesetzt war, die zu der umfassenden Verflüssigung beitrug Schäden, die im südlichen Teil der Stadt stattfanden. Die Verflüssigung des weichen Seesediments, auf dem Zentralmexiko-Stadt errichtet wurde, verstärkte die Auswirkungen des Erdbebens von 1985, dessen Epizentrum Hunderte von Meilen entfernt lag. Darüber hinaus führte die Verflüssigung des Bodens unter den Missions- und Marktbezirken in San Francisco während des Erdbebens von 1906 dazu, dass mehrere Strukturen auffielen und zusammenbrachen. Diese Gebiete wurden auf schlecht gefüllten, zurückgewonnenen Feuchtgebieten und Flachwassergebieten errichtet.

Die Verflüssigung kann auch zu Sandschlägen beitragen, die auch als Sandkochen oder Sandvulkane bezeichnet werden. Sandschläge begleiten häufig die Verflüssigung von sandigem oder schlammigem Boden. Mit dem Zusammenbruch der körnigen Struktur des Bodens nimmt die Dichte des Bodens zu. Dieser erhöhte Druck drückt das Wasser aus den Porenräumen zwischen den Bodenkörnern und vertreibt feuchten Sand aus dem Boden. Nach mehreren Erdbeben wurden Sandschläge beobachtet, darunter die Erdbeben in New Madrid von 1811 bis 1812, das Erdbeben in Tangshan von 1976, das Erdbeben in San Francisco-Oakland von 1989 und die Erdbeben in Christchurch von 2010 bis 2011.

Darüber hinaus kann die Verflüssigung auch Erdrutsche verursachen. Während des Erdbebens in Alaska im Jahr 1964 verursachte die Verflüssigung einer sandigen Schicht aus weichem Ton unter Turnagain Heights, einem Vorort von Anchorage, einen Erdrutsch in der darüber liegenden Bodenmasse, der ungefähr 75 Häuser zerstörte und die Versorgung störte.