探索如何熬出地震“粥”之谜 _之谜

文章插图
2011年，新西兰克赖斯特彻奇市发生5.8级地震后，一辆卡车陷在液化地面中。图片来源：Simon Baker
在一次地震中，地面不仅会震动和摇晃，一些地方固态的土地会变成液体，吞噬汽车和道路，甚至推倒建筑物。这种“液化”现象是地震最具有破坏性的一部分。科学家一直试图研究该现象，但研究人员近日表示，很多先前的实验是有缺陷的，未能准确反映真实场景。
类似沙子的沉积物颗粒受地震力作用后，会有变得更紧密的趋势，这种趋于紧密的作用使孔隙压力猛增，土层丧失抗剪强度和承载能力，变成像液体一样。但所有的沉积物不能一概而论。科学家和工程师设计出方案和模型检验不同的沉积物，以弄清液化最有可能在哪里发生。这有助于城市规划者在建设重要基础设施(例如水坝、输气管道)时避开易发生液化的区域。这些知识还有助于科学家设计出能降低液化风险的方法。
但美国洛杉矶市南加州大学副教授、岩土工程师Amy Rechenmacher表示，在这些实验中，对物理现象的理解是不完整的。Rechenmacher的同事Daniel Lakeland说：“人们对液化的认知是不正确的。历史上，人们认为这是一个不涉及排水的过程，这意味着沉积物孔隙空间中的水不会流走。”而事实上，在地震发生时，水会经由沉积物颗粒流走。
为了更好地了解液化现象，该团队建立了一个模型——更精确地还原现实生活中的场景。该模型显示，随着颗粒物中水的压力不断增大，水流动的速度几乎和地震作用力的累积的速度一样快。研究人员将把该结果在线发表于《皇家学会学报A》5月刊上。
Lakeland说：“水流经的地方最容易发生液化。如果你忽略了水的流动，那么你关注到的仅仅是地震对沉积物的挤压作用。”由于没有捕捉到这一关键的物理现象，很多实验室测试未能正确解释液化作用。根据这些实验，科学家无法准确指出地震时哪些区域是最安全或最危险的，很难减轻地震造成的损失。
加州大学戴维斯分校教授、岩土工程师Ross Boulanger认为，Lakeland提出了一个很重要的观点。“我认为他们的模型很好地捕捉到了这个重要的物理现象。因为实验室测试根本没有对流体流动做出解释。”
【探索如何熬出地震“粥”之谜】Lakeland表示，曾有人在一些实验中观察到流体流动的效应，但没有人对此作出合理解释。“现在我们有信心说，我们已经捕捉到地震过程中所有的物理现象。”(段融)