Jordskjelv flytende jord, sandkoker, lateral spredning og nedgravd nytteflyt¶

Under et moderat til kraftig jordskjelv (Magnitude 5.5+), er den voldsomme ristingen av berggrunnen bare halve faren. På tvers av kystsletter, elvedeltaer, eldgamle innsjøbunner og kunstige nabolag som fyller bukter, får seismiske skjærbølger som passerer gjennom løs, vannmettet sand- og siltigjord at jordkornene kollapser sammen og driver grunnvannstrykket (pore-water pressure) oppover til sandkornene flyter helt fri fra hverandre. Innen 10 til 30 sekunder etter risting mister fast grunn praktisk talt 100 prosent av sin skjærstyrke og forvandles til en tett, trykksatt flytende slurry, et geoteknisk fenomen kjent som jordflytning. Bygårder i tung betong og brokaier synker eller vipper opptil 60 grader på sidene (bearing capacity failure), trykkfontener med gjørmete vann og sand bryter ut gjennom sprekker i gårdsrom og kjellere (sand boils), slake skråninger glir sidelengs mot elver og havner (lateral spreading), og hule underjordiske kloakktanker, kummer og drivstoffsisterner flyter oppover fra fortauet som korker i et badekar, og bryter naturgass og vannledninger. Hvis du opplever et jordskjelv etterfulgt av bakkesprekker, vippekonstruksjoner eller lukten av lekkasje gass, ring din lokale nødnummer umiddelbart og konsultere våre guider om jordskjelv: Slipp, dekk til og hold på, jordskjelv etterskjelv, gjeninntreden av bygninger og gassavstengning, og synkehull og grunnsenkning.

Gjør dette nå¶

1. Slipp, dekk til og hold på under aktiv seismisk risting: Prøv aldri å løpe ute mens bakken aktivt rister; fallende murfasader, knuste vinduer i øverste etasje og kollapsende brystninger langs den ytre omkretsen av bygninger dreper langt flere mennesker enn selve jordflyten.
2. Evakuer umiddelbart så snart risting stopper hvis bygningen din vipper, synker eller har blokkerte dører og sprekker i grunnmur: I motsetning til en bygning på fast fjell som slutter å bevege seg når jordskjelvet slutter, kan en struktur som sitter på flytende sand fortsette å synke, sette seg ujevnt, eller velte i **flere minutter til timer etter at hovedbygningen har veltet og støtt en moderat støt. fullstendig.
3. Sniff og lytt etter ødelagt underjordisk naturgassnett og slå av gassmåleren KUN hvis du lukter gass eller hører susing: Sideveis bakkespredning og differensiell bygningssetning skjærer stive gassrør i støpejern og stål akkurat der de går inn i fundamenter. Hvis du lukter råtne-eggmerkaptan eller ser skitt/vann blåse fra en nedgravd rørledning, drei den utvendige gassmålerventilen en kvart omdreining vinkelrett på røret med en skiftenøkkel og evakuer mot vinden.
4. Flytt oppoverbakke og vekk fra elvebredder, kanalvegger, havneskott og kystbluffer: Flytende jordlag under slake skråninger (jevn mark som ser nesten flat ut, med en helning på bare 0,5 til 3 grader) glir sideveis i gigantiske oppsprukkede blokker mot åpne vannkanaler (lateral spreading), åpner dype bakkesprekker 1 til 3 meter (3 til 10 fot) brede.
5. Kjør aldri over broer, tilfartsramper for motorveier eller veier dekket av kjegler av gjørmevulkan ("sandkoker") eller hevede kumlokk: Kondensering fører til at jordvollene i begge ender av en bro synker nedover med 0,5 til 2 meter, mens nedgravde kloakkkum i betong flyter rett opp gjennom 1,5 meter.
6. Behandle alt vann og gjørme som bobler ut av sandbyller og kjellersprekker som råkloakk og kjemisk biofare: Når væskedannelse bryter underjordiske sanitære kloakkledninger og flyter septiktanker, blir det trykksatte grunnvannet som bryter ut i gater, krypkjeller og rom i første etasje sterkt forurenset med fekale patogener (E. coli, Vibrio, hepatitt A) og petroleumshydrokarboner.

Beslutningstre: Jordskjelvflytende jord og respons på grunnbrudd¶

flowchart TD
    Quake["Sterk jordskjelvristing (slipp, dekk til og hold på til risting stopper)"] --> CheckGround{"Risting stoppet: Observer bygningen og bakken rundt deg"}
    CheckGround -->|"Bygning som vipper, synker, dører sitter fast eller gjørme fosser gjennom gulvet"| GasCheck{"Lukter gass som lekker, hører susing eller ser du gnister?"}
    GasCheck -->|"Ja"| EvacNoSwitch["IKKE berør lysbrytere; Evakuer umiddelbart; Steng av utvendig gassventil bare hvis det er trygt på vei ut"]
    GasCheck -->|"Nei"| EvacTilt["Evakuer bygningen umiddelbart via trapper (aldri heis); Flytt bort 1,5x byggehøyde"]
    CheckGround -->|"Utendørs i nærheten av elvebredden, havnen Seawall eller Reclaimed Bay Fill"| LateralCheck{"Grunnsprengning parallelt med vann, støttemurer som svulmer ut eller sandkoker utbrudd?"}
    LateralCheck -->|"Ja"| MoveInland["Løp vinkelrett innover/oppoverbakke bort fra elvebredden, kanalen eller sjøveggen før lateral spredning kollapser bredden"]
    LateralCheck -->|"Nei, nær kystlinjen"| TsunamiRule["Husk tsunamiprioritet: Hvis du er på åpen kyst etter et langt/sterkt skjelv, evakuer til høye bakken umiddelbart"]
    EvacTilt --> HazardZone["Unngå nedslåtte kraftledninger, hevede mannhull, sunkne broramper og kloakkforurenset sandkokeslam"]
    MoveInland --> HazardZone
    HazardZone --> AftershockPrep["Forvent gjenflytning under etterskjelv; Ikke drikk vann fra springen før verktøyet bekrefter at strømnettet er intakt"]

Geoteknisk mekanikk: Hvordan fast grunn blir til flytende slurry¶

For å forstå hvorfor visse nabolag blir til kvikksand under et jordskjelv mens hus i åsside to kilometer unna ikke opplever noen bakkesvikt i det hele tatt, undersøker ingeniører tre geotekniske ingredienser som alle må være tilstede samtidig: løs kohesjonsløs granulær jord, grunnvannmetning og syklisk seismisk skjærspenning.

1. De tre forutsetningene for flytende jord¶

1. Løs, sammenhengende sand eller ikke-plastisk silt (Holocene deposits and uncompacted hydraulic fill):
2. I tørr eller normalt drenert jord hviler individuelle sandkorn og silt mot hverandre i en åpen, løst pakket skjelettramme (high void ratio). Vekten av bygninger og overliggende jord bæres utelukkende av korn-til-korn-friksjonen ved kontaktpunktene mellom disse sandpartiklene (effective stress, betegnet som sigma-prime).
3. Leirerike jordarter blir sjelden flytende i klassisk forstand fordi mikroskopiske leirplater er bundet sammen av elektriske kohesive krefter, mens rene sand- og siltkorn har null kohesjon og er strengt avhengige av friksjon.
4. Grunnt vannbord (innen 1 til 15 meter / 3 til 50 fot fra overflaten):
5. Hvert mikroskopiske porerom mellom sandkornene under vannbordet er 100 % fylt med inkompressibelt flytende vann.
6. Rask syklisk seismisk risting (udrenert belastning):
7. Når jordskjelv S-bølger (skjærbølger) passerer opp gjennom jordsøylen, skjærer de det løse sandrammeverket frem og tilbake dusinvis av ganger i løpet av 15 til 45 sekunder.
8. Denne vibrasjonen rister de løse sandkornene ut av det åpne arrangementet og tvinger dem til å prøve å pakke sammen til en tettere, tettere konfigurasjon (contractive behavior).
9. Men fordi porerommene er fylt med vann og ristingen skjer altfor fort til at vannet kan renne bort gjennom jorda, klemmer de kollapsende sandkornene det innestengte porevannet i stedet.
10. Null effektivt stress (sigma-prime = 0): Porevanntrykk (u) skyter i været til det er lik den totale nedadgående vekten av den overliggende jorda (sigma). Av Terzaghi's Effective Stress Equation (sigma-prime = sigma - u), når porevanntrykket tilsvarer total overbelastningsspenning, faller den effektive kontaktkraften mellom sandkornene til null. Med kornene nå suspendert i trykkvann uten å berøre hverandre, har jorden null friksjonsskjærstyrke og oppfører seg som en tung væske med en enhetsvekt på omtrent 1800 til 2000 kg/m3 (112 til 125 lb/ft3), nesten dobbelt så tett som rent vann.

2. Hvor væskedannelse skjer: Terrengtyper med høy risiko¶

• Ukomprimert hydraulisk fylling og gjenvunnet land: Havnedistrikter, flyplasser, boligutviklinger ved vannkanten og kunstige øyer skapt ved å mudre løs sand og gjørme fra et buktgulv og pumpe det bak en sjøvegg uten dyp vibrerende komprimering (som San Franciscos Marina District, Tokyo Bay / Urayasu gjenvunnet land, Kobe Bay Island, og Boston-fyllingen).
• Elvedeltaer, flomsletter og forlatte elvekanaler (oxbows og point bars): Ung alluvial sand og silt avsatt av meandrerende elver i løpet av de siste 10 000 årene (som Christchurch Avon River-korridoren i New Zealand, Sacramento-San Joaquin-deltaet, Mississippi River New Madrids seismiske sone og Fraser River Delta nær Vancouver).
• Kystdynekorridorer og barrierespyttlaguner: Løs vindblåst sand som sitter på toppen av høye kystvannbord.

Sammenligning av de fem store flytende farene¶

Gjenkjenne og overleve flytende væske under og umiddelbart etter et jordskjelv¶

Hvordan flytende ser ut, høres ut og føles på bakken¶

1. Ristingen skifter fra skarpe støt til en langsom, kvalmende "vannseng" eller rullende bevegelse på båtdekket: I det øyeblikket et underliggende sandlag blir flytende, dempes høyfrekvente vertikale og horisontale vibrasjoner og erstattes av langvarige, rullende bakkebølger (0.5 to 2 Hz) som gjør det nesten umulig å gå eller stå.
2. Geysirer av gjørmete vann som skyter ut av fortau og plensprekker: Innen 10 til 60 sekunder etter at risting begynner, bryter trykksatt grunnvann overflateskorpen. Du kan se skittent grått eller svart vann sprute 0,5 til 2 meter (1,5 til 6,5 fot) opp i luften ut av lineære grunnsprekker, ekspansjonsfuger i betongoppkjørsler eller rundt telefonstolper og trestammer.
3. Telefonstolper, gatelykter og parkerte biler synker foran øynene dine: Tunge verktøystolper synker rett ned eller lener seg i gale vinkler mens asfalten rundt dem kruser og spenner seg.

Trinnvis evakuering fra en bygning som synker eller vipper¶

Når den voldsomme ristingen avtar nok til at du kan reise deg:

1. Sjekk for strukturell tilt umiddelbart: Se på dørkarmer, vindusrammer, hengende lysarmaturer, eller plasser en rund gjenstand/vannflaske på gulvet. Hvis gulvet er merkbart skrånende, eller hvis du må presse hardt mot en tredørkarm for å tvinge den opp, har bygningens fundament fått differensiell flytende oppgjør.
2. Ta på deg solide sko, ta tak i go-baggen og gå ut via trappen umiddelbart:
3. Bruk aldri heiser: Selv en 1-graders tilt deformerer heisføringsskinner og fanger førerhus mellom etasjene.
4. Følg med på skrittet ditt ved utgangsterskelen i første etasje: Når en tung bygning synker 30 til 90 centimeter (1 til 3 fot) ned i flytende jord, kan det utvendige fortauet spenne seg oppover over utgangsdørene i første etasje, eller den utvendige trappen kan ha trukket seg helt bort fra verandaens avsats, og etterlatt en sluke åpent med sand.
5. Hold deg unna bygningens velteskygge (1.5 times building height): Når du er ute, må du ikke samles på fortauet rett ved siden av en skjev bygning med flere etasjer. Flytt til en åpen park, bred veikryss eller parkeringsplass minst 1,5 ganger høyden på bygningen unna den skjeve fasaden.

Håndtering av nytte- og helsefarer etter jordskjelv i flytende soner¶

I store urbane jordskjelv (som jordskjelvet i Christchurch i 2011, som kastet ut over 400 000 tonn flytende silt på byens gater, eller jordskjelvene i Kobe og Loma Prieta fra 1995, 1995), ødelegger flytende nedgravd "livline"-infrastruktur samtidig over hele distrikter:

1. Ødelagt vannledning sammen med ødelagte gassledninger (fare for brannfare)¶

• Hvorfor brannhydranter tørker: Likvefaksjon og sidespredning trekker fra hverandre sprø kommunale vannrør av støpejern og asbestsement ved hver skjøt, og senker byens vanntrykk til null i det nøyaktige øyeblikket sprengte naturgassledninger antenner branner inne i forskjøvede trehus.
• Slik beskytter du hjemmet ditt:
• Slå ikke av gassmåleren automatisk hvis det ikke lukter gass, ingen susende lyd og ingen strukturell forskyvning/tilt av huset ditt (ettersom forsyningsselskaper må individuelt inspisere og tenne hver avstengningsmåler, noe som kan ta uker om vinteren).
• Steng av hovedgassventilen umiddelbart hvis huset ditt har forskjøvet seg på fundamentet, hvis sprekker langs siden krysser hagen din nær gassledningen, eller hvis du lukter gass eller hører susing.
• Slå av hovedvanninntaksventilen i husholdningen (der vannet kommer inn i huset etter gatemåleren) for å fange rent drikkevann inne i husholdningsrørene og varmtvannsbeholderen før sprukket gateledning suger forurenset kloakkgrunnvann bakover inn i rørene dine.

2. Flytende septiktanker, ødelagt kloakkledning og opprydding av biofarlig silt¶

• Fordi nesten 100 % av underjordiske tyngdekraftmatede leire- og PVC-kloakkledninger går i stykker når flytende flyting forskyver bakken med mer enn 10 centimeter (4 tommer), blir grunnvannet som bobler opp gjennom sand koker i gårdsplasser, gater og kjellere blandet med rå menneskelig kloakk.
• La aldri barn eller kjæledyr leke i sandkokende gjørme eller stående væskepytter.
• Når du måker flytende silt ut av hjem og innkjørsler:
• Bruk vanntette gummistøvler, tunge vanntette hansker, øyebeskyttelse og en N95 / FFP2 partikkelmaske (spesielt når den fine is-/alluvial steinmel-slam tørker inn i luftbåren silisiumstøv i løpet av de påfølgende dagene, og skaper en alvorlig åndedrettsfare kjent i Christchurch som "likvefaksjonsstøvstormer").
• Skyv våt silt i hauger langs fortauskanten i veikanten (vask aldri flytende sand ned i husholdningsavløp eller kommunale stormrenner, siden den tunge sanden umiddelbart tetter stormkloakk som sement og forårsaker alvorlig gateflom under neste regnvær).

Redusering før jordskjelv: Sjekk kart og beskytte eiendommen din¶

Hvis du bor i et jordskjelvutsatt kyst-, elve- eller deltaområde:

1. Sjekk offisielle kart over geologiske likvefaksjonsfarer:
2. I USA, statlige geologiske undersøkelser (som California Geological Survey CGS Seismic Hazard Zones, Washington DNR, Oregon DOGAMI og Utah UGS) og USGS publiserer gratis gate-for-gate Liquefaction Susceptibility Maps på nettet.
3. Retrofitting av fundament og verktøy for flytende soner:
4. Standard jordskjelvbolting (bolting av treterskelplater til et uforsterket perimeterstrimmelfot) er ofte utilstrekkelig hvis bakken blir flytende og sprer seg sideveis, fordi selve stripefoten trekkes fra hverandre. Boliger i høyflytende soner krever matteplater av armert betong, etterspente gitter eller dype peler drevet ned i tette ikke-flytende lag.
5. Installer fleksible korrugerte rustfritt stål eller flettede seismiske koblinger på naturgassmåleren, varmtvannsberederen og hovedvanninntaksledningen, slik at 15 til 30 centimeter (6 til 12 tommer) differensiell grunnsetning mellom gaten og huset ikke skjærer de stive rørene av ved veggen.

Regionale nødnumre og byråprotokoller¶

Ofte stilte spørsmål¶

Hvorfor blir fast grunn til væske under et jordskjelv?¶

I løs, sandholdig eller siltig jord som ligger under grunnvannsspeilet, bæres vekten av bygninger og grunnen over normalt av friksjon der individuelle sandkorn presser mot hverandre. Når jordskjelvskjærbølger ryster bakken voldsomt frem og tilbake, prøver de løse sandkornene å legge seg i et trangere rom, og klemmer vannet som er fanget i de mikroskopiske porene mellom kornene. Fordi ristingen skjer for fort til at vannet kan renne bort, skyter vanntrykket i været til det skyver sandkornene fra hverandre. Når kornene flyter i trykkvann i stedet for å berøre hverandre, mister jorden all friksjonsstyrke og oppfører seg som en tung flytende slurry.

Hva er "sandkoker" eller "sandvulkaner", og er de farlige?¶

Sandkoker (også kalt sandblåser eller gjørmevulkaner) dannes når et lag med vannmettet sand 2 til 10 meter under jorden flyter under intenst trykk og sprenger oppover gjennom sprekker i den tørrere overflatejorden eller betongplatene. Dette trykkvannet fører suspendert grå eller brun sand til overflaten, og bygger kjegleformede hauger av våt silt som strekker seg fra 30 centimeter til flere meter på tvers. Mens vanntemperaturen er kald (ikke varm vulkansk lava), er sandkoker farlige fordi de huler ut hulrom under veier og fundamenter, oversvømmer første etasjer med tung gjørme og er ofte forurenset med rå kloakk fra ødelagte underjordiske kloakkledninger.

Hvorfor dukker nedgravde kumlokk, septiktanker og svømmebassenger opp av bakken under flyting?¶

Når mettet sand flyter under et jordskjelv, har den resulterende sand-og-vann-slurryen en svært høy væsketetthet på omtrent 1900 kilo per kubikkmeter (nesten dobbelt så tung som rent vann). I henhold til Archimedes' oppdriftsprinsipp blir enhver nedgravd hul beholder hvis totalvekt per kubikkmeter er lettere enn den omgivende flytende sanden, for eksempel en hul kloakkkum i betong, en tom septiktank i glassfiber, en underjordisk bensinstasjon eller et drenert svømmebasseng i bakgården, presset kraftig oppover og flyter 0,5 til 2 meter ut av bakken.

Kan en person synke over hodet og drukne i flytende kvikksand under et jordskjelv?¶

Nei, et menneske kan ikke synke helt under overflaten av flat flytende sand gjennom oppdrift alene. Fordi menneskekroppen har en tetthet nær 1000 kg/m3 mens flytende sandslurry har en tetthet nær 1900 kg/m3, vil en person flyte på omtrent kne-til-midje dybde. Imidlertid kan flytende væske fortsatt fange eller drepe fotgjengere på tre måter: For det første, så snart vannet renner ut av sanden koker, låser sanden seg rundt bena dine som solid sement; For det andre river sidespredning dype bakkesprekker nær elvebredder som mennesker eller biler kan falle inn i; og for det tredje, i skråninger som er brattere enn 3 grader, kan flytende væske utløse et lavineskred med høy hastighet (`flow slide`).

Hva er "lateral spredning" og hvorfor ødelegger det hus nær elver og havner?¶

Lateral spredning skjer når en toppskorpe av fast overflatejord (hvor hus, veier og bruksrør er bygget) sitter på toppen av et nedgravd lag med sand som blir flytende under et jordskjelv. Selv om bakken er skrånende i en knapt merkbar vinkel på bare 0,5 til 2 grader mot en elvekanal, kanal, innsjøkant eller havvegg, glir toppskorpen horisontalt nedover på toppen av det flytende sandlaget som en isblokk som glir på fett. Ettersom bakken strekker seg sidelengs med 0,5 til 5+ meter mot vannet, river den opp dype parallelle sprekker som river fundamenter i to og skjærer hvert nedgravd vann-, kloakk- og gassrør.

Hvis bygningen min heller litt under et jordskjelv, men ikke har ødelagte vegger, er det trygt å holde seg inne?¶

Nei, du må evakuere enhver bygning som har synlig skråstilt eller sunket ned i bakken så snart risting stopper. Selv om betong- eller trerammen ser ubrutt ut, har en vippebygning flyttet massesenteret fra midten (`the P-Delta effect`), og legger ekstrem tyngdekraft på undersiden av fundamentet mens jorden under forblir vannfylt og svak. Når det første kraftige etterskjelvet inntreffer minutter eller timer senere, flyter sanden under den lave siden på nytt nesten umiddelbart, noe som kan føre til at en bygning som vipper litt velter over på siden eller kollapser fullstendig. Vent på at en bygningsingeniør skal inspisere og merke bygningen.

Relaterte guider¶

• Jordskjelv: Slipp, dekk og hold på overlevelsestrinn
• Jordskjelv etterskjelv, skadet bygning gjeninntreden og inspeksjon av gassavstengning
• Synkehull, grunnsenkning og fundament kollapser
• Jordskred, gjørmeskred og evakuering av ruskstrøm
• Tsunamier: nedsettelse av jordskjelv ved kysten og vertikal evakuering

Kilder og offisiell veiledning¶

• United States Geological Survey (USGS) - Earthquake Hazards Program: Faktaark om jordflytning, jordfeilmodellering i sanntid og farevurdering for lateral spredning.
• Federal Emergency Management Agency (FEMA) og National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP, USA): Redusere seismiske farer ved eksisterende bygninger og livlinjeinfrastruktur i jordsmonn som er utsatt for flytende jord.
• GNS Science, Toka Tū Ake EQC, & Ministry of Business, Innovation and Employment (MBIE, New Zealand): Planlegging og ingeniørveiledning for potensielt flytende land (Canterbury Earthquakes Royal Commission Lessons).
• California Geological Survey (CGS, USA): Spesialpublikasjon 117A: Retningslinjer for å evaluere og redusere seismiske farer (likvefaksjon og seismiske jordskred) i California.
• National Research Council (NRC) - National Academies of Sciences, Engineering and Medicine (USA): State of the Art and Practice in the Assessment of Earthquake-Induced Soil Liquefaction and its Consequences.