Table of Contents

ما هو السخرية ولماذا يهم؟

فالتردّد في السمات بين أكثر الظواهر الدرامية والتخريبية التي تنجم عن الزلازل، وأثناء الركود السيزمي القوي، يمكن أن تفقد التربة الجاهزة المزروعة بالمياه هيكلها الصلب وأن تتصرف مثل السائل المتأصل، مع ما يترتب على ذلك من عواقب تشمل بناء المستوطنات، وفشل المؤسسات، وتمزق الأنابيب المدفونة، بل وانتشار الأرض الميكانيكية في جميع الأحياء.

وعندما تُعدّ الأرض مسدودة، يمكن أن تقذف الرمال والمياه من خلال الشقوق، والمباني المبلّغة، وتتسبب في أن تطفو خزانات تحت الأرض إلى السطح، وتحوّل ما يبدو أرضا مستقرة إلى أرض تتصرف أكثر مثل السُرع، وتوثّق هذه الظاهرة في زلازل كبرى في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك زلزال نييغاتا في اليابان في عام 1964، وزلزال كويبيكا في عام 1995، ودمر في عام 2010.

وتدرس هذه المادة العلوم الكامنة وراء التكتل بالتفصيل، وظروف الموقع التي تجعل التربة عرضة للخطر، والأساليب الهندسية المستخدمة في التنبؤ بالمخاطر والتخفيف منها، والآثار الحقيقية المترتبة على العالم بالنسبة للبنية التحتية والسلامة.

The Mechanics of Liquefaction: How Solid Ground Turns to Fluid

دور الضغط على المياه الصالحة للشرب

التربة تتكون من جزيئات معدنية صلبة ذات مساحات فراغية بينها، وفي الظروف العادية، تحتوي هذه الأماكن الباطلة على الهواء والماء على حد سواء، وتأتي قوة التربة من الاتصال الاحتكاكي بين كل جزيئات، وتنتقل وزن التربة الزائدة وأي هياكل سطحية من خلال شبكة الاتصال بالجسيمات إلى الجسيمات، وهي عبارة عن مفهوم مهندسين تقنيين يطلقون عليه إجهاد الفعال [FLT.1]:

وفي أثناء الزلزال، تتحول موجات القار إلى الأرض، وتخضع التربة للتحميل السريع والمزدوج، وفي التربة المشبعة والسريعة والرملية، تؤدي الهزات إلى إعادة ترتيبها في عبوة الكثافة، غير أن هذه المساحة المليئة بالفعل بالمياه والتصريف لا يمكن أن تحدث بسرعة كافية أثناء الرطوبة السريعة، ولا يمكن أن يفلت الماء الزائد من الكهرباء.

وتتوقف العتبة التي يحدث فيها ذلك على كثافة التربة، وضخامة المهتز، وخصائص الصرف الصحي للودائع، وتزيد الرمال المشبع ذات الكثافة النسبية المنخفضة، وتميل الرمال الكثيفة والمقابر، على النقيض، إلى التضاؤل أثناء القشرة، مما يولد ضغوطا سلبية على القطبين تزيد من قوتها بالفعل، مما يجعلها أكثر مقاومة للتكرار.

Cyclic Mobility Versus True Liquefaction

ويميز المهندسون بين ظاهرتين مترابطتين ولكنهما مختلفان. يمكن أن يؤدي التكتل الخام ] عندما يؤدي الضغط البحت إلى ضغط فعال أولي، مما يؤدي إلى فقدان كامل للقوام على مر الزمن. ]

الظروف التي تجعل التربة عرضة للخطر

نوع التربة وحجم الحبوب

ولا تكون جميع التربة قابلة للتأثر بنفس القدر، فأكثر التربة التي يمكن وصفها هي الأوزان، والرمل المصنف بشكل موحد ] التي تراوح أحجامها بين 0.1 و2 ملم تقريباً، ويميل معامل التوحيد، الذي يصف نطاق أحجام الجسيمات في عينة من التربة، إلى مؤشر هام.

ويمكن أيضاً أن تُسدّد الرمال الحريرية والثديية في ظل الظروف المناسبة، وإن كانت تتطلب عادةً تهتز بأقوى أو أطول مدة، فالكلاي، الذي يتسم به هيكلها المتماسك وقابليتها للذوبان المنخفض، لا يخضع عموماً للسيك التقليدي، رغم أنه يمكن أن يتعرض لخسارة كبيرة في القوة وتشوه في ظل التحميل الدوري، وهي ظاهرة ذات صلة تسمى .

الاضطرابات والمياه الجوفية

إن التشبع الكامل أو شبه الكامل شرط أساسي للتصفح، ووجود المياه في الأماكن القطبية هو ما يولد الضغط الزائد على القطب أثناء الركود، والمواقع التي تقل فيها المياه السطحية عادة عن 10 أمتار، هي في أشد المخاطر، وفي المناطق الساحلية، والدلالات النهرية، والأراضي المستعادة، والزلازل المملة، كثيرا ما تكون أعلى من مستوى خطر على سطح الأرض.

الكثافة النسبية والتاريخ الوديع

(ب) التربة اللوحة بكثافة النسبية دون 40 في المائة تقريباً هي الأكثر عرضة للسخرة، وتقارن الكثافة النسبية للكثافة في الموقع للتربة بكثافة ممكنة ودنيا في المختبر، وغالباً ما تكون التربة المدفونة الهيدروليكية مثل الخيالات الغريبية، والودائع الدوائرية ذات الكثافة، والكثافة الوعية.

ومن الناحية التاريخية، فإن العديد من المواقع الأكثر تعرضاً للسياحة في العالم هي من صغار السن، والودائع التي تقل أعمارهم عن 000 10 سنة، والودائع القديمة والمدمجة بشدة تميل إلى أن تكون أكثر كثافة وأكثر استقراراً، كما أن ملامح التربة المحتوية على الرمل المتناوب، والسيل، والثعير المكبوت يمكن أن تخلق أيضاً حواجز في الصرف الصحي تضخ المياه الزائدة، مما يزيد من إمكانية التككبل داخل طبقات الرمل المحاصرة.

Earthquake Characteristics: Magnitude, Duration, and Frequency

وتقتضي سمات الحدث السيزمي نفسه دوراً مسيطراً، ويحتاج التكرير إلى عدد كاف من تطبيقات الضغط المكثفة الدورية لتوليد الضغط اللازم على القطبين، وقد تُنتج عن ذلك في العادة مساحات من ] الهيمنة 5.5 أو أكثر ، مما يؤدي إلى انتشار التسمم، مع تزايد حدة الزلازل وطوله.

كما أن محتوى الترددات في الرعي يهم، فالتذبذب الخفيف، الذي ينتج دورات أطول وأكثر فضاء، يميل إلى أن يكون أكثر فعالية في توليد ضغط في الرمال السماكة من حركة التكرار العالية، ويمكن لأحواض التربة العميقة والمواقع غير المتماثلة أن تضخ هذه الموجات المنخفضة التردد، مما يطيل أمد الرطوبة القوية ويزيد من احتمال حدوث التكسير غير المشروع.

التصفيات السطحية للسيك

سندات وأجهزة متحركة

ومن أبرز علامات التكتل تشكيل نسيج وغليانات ]، كما يطلق عليه البركان الرملي، وعندما يتراكم الضغط فوق سطح الأرض، يمكن أن ينفجر مزيج من الماء والرمل من خلال شقوق في القشرة المتضخمة، ويودع الرمل في خرائط أرضية من نوع المروحة على سطح الأرض في عام 2011.

التسرب في وقت لاحق

وربما يكون أكثر الآثار السطحية تضرراً هو الانتشار التبعي ] حيث تنزل طبقات التربة المسيلة أو تتجه نحو وجه حر مثل مصرف النهر أو خط الساحل أو الحفر المفتوح، وتتسبب حركة التفشي اللاحق في منحدرات رقيقة تتراوح بين 0.5 و3 درجات، مما يزيل السطح الأرضي المدفونة في وقت لاحق من خلال مسيرات عمودية.

الفشل الخافت

وفي منحدرات أكثر حزماً، يمكن أن يؤدي التكرار إلى حدوث إخفاقات في التدفق ، حيث تهبط أعداد كبيرة من التربة بسرعة على مسافات كبيرة، وهذه الإخفاقات كارثية ومميتة في كثير من الأحيان، وقد أدى زلزال سان فرناندو في كاليفورنيا عام 1971 إلى حدوث إخفاق هائل في زلزال أوبر سان فرناندو، وزلزال هايوان عام 1920.

التوطين الأرضي والحركة التفضيلية

ونظراً لأن الضغط الزائد يزول بعد توقف الهزات، فإن التربة توطد وتكثيفها، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى تسوية أرضية ) تتراوح بين 10 و100 سنتيمتر أو أكثر، وقد تتسبب التسوية التفاضلية عبر البصمات المبنية في تمزق هيكلي، وتفكك الأساس، وتضرر البنية الأساسية في نييغاتا في عام 1964، استقرت مباني سكنية كاملة على جانبها.

قصف الأرض وسقوط الرمال

In flat terrain where the liquefied layer is confined beneath a non-liquefied crust, the ground can oscillate in standing-wave patterns, producing ground oscillation without large permanent displacement. This can still damage structures, foundations, and surface pavements. when the crust breaches under pressure,

دراسات حالة عن السمة في الميجور

The 1964 Niigata Earthquake: A Watershed Event

وبعد الزلزال الكبير الذي ضرب نييغاتا، اليابان، في حزيران/يونيه 1964، يعتبر على نطاق واسع الحدث الذي لفت انتباه الأوساط الهندسية الحديثة إلى السخرية، مما أدى إلى غرق المباني، وهدرها، بل وتراجعها، وقد أصبحت الصور الشائعة الآن لمباني الشقة التي تقع على جانبيها، بينما أصبحت البقعة المكثفة هيكليا تحدد صور هندسة الزلازل.

The 1989 Loma Prieta Earthquake: Liquefaction in an Urban Setting

وقد وفر زلزال لوما برييتا في منطقة خليج سان فرانسيسكو درساً صارخاً في ضعف الأراضي المملوءة، حيث قامت مقاطعة مارينا، التي بنيت على ملاجئ الهيدروليكية التي وضعت بعد الزلزال الذي وقع عام 1906، باختراق مساحات واسعة النطاق، بما في ذلك الغلايات الرملية، والتصدع الأرضي، والضرر في البناء، وهزت عدة مواقع للتاريخ أو أعيدت صياغتها بسبب حركة الارتداد.

The 2010ndash;2011 Canterbury Earthquakes: Widespread lateral Spread

وقد أدى زلزال دارفيلد في أيلول/سبتمبر 2010 وحجمه المدمر 6-3 من كراتشوش في شباط/فبراير 2011 إلى تهديد مناطق كبيرة من بلاستيك كانربوري، ولا سيما في الضواحي الشرقية من كريستشورش التي بنيت على رواسب السوفيات وقنوات الأنهار السابقة، مما أدى إلى إلحاق أضرار كبيرة بالجسور والطرق والهياكل الأساسية المدفونة، مما أدى إلى إصابة نحو 000 70 من الممتلكات السكنية بالهبوط.

التقييم الهندسي والتنبؤ بمخاطر التسمم

الطرائق التجريبية المبسطة

وتستخدم المهندسون عادة إجراءات تجريبية مبسطة ] لتقييم قابلية التأثر بالسيكات، وهذه الأساليب، التي وضعت أصلاً بواسطة البذور والدراسات في السبعينات، ومصنوعة باستمرار منذ ذلك الحين، مقارنة اختبارات التحلل السيزمي، التي أُعرب عنها كنسبة إجهاد دوي، إلى قدرة زلزال التربة، التي أُعرب عنها كمقاومة دوكية.

اختبار المختبر المتقدم

أما بالنسبة لمشاريع التناظر العالية، فإن المهندسين الجيوتكنولوجيين يؤدون اختبارات ثلاثية دورية ، و،] اختبارات الأشعة البسيطة الدورية [(FLT:3)] على عينات من التربة غير المُزعجة لقياس مقاومة المادة للتكديس مباشرة.

النمذجة العددية

(أ) يمكن لعنصر FLT:0] Finite ونماذج الاختلاف المحددة أن تحاكي الاستجابة المقترنة لعظمات التربة وسوائل الشعر أثناء هز الزلازل، وتسمح برامج مثل FLAC، و OpenSees، و PLAXIS للمهندسين بوضع نماذج مُحدَّدة للتربة، وكميات متداخلة، ومواثيق مكانية.

تقنيات التخفيف والانتصاف

طرق تحسين الأرض

وقد طور المهندسون مجموعة من تقنيات تحسين الأرض للحد من قابلية التكرار في المواقع القائمة والجديدة، وأكثر النهج شيوعا هو ]، مما يزيد من كثافة التربة غير المستقرة، مما يجعلها أكثر مقاومة للخسارة في القوة.

نظم التدريب

ونظراً لأن التكديس يتطلب زيادة الضغط على الأعمدة، فإن توفير مسارات الصرف يمكن أن يقلل أو يزيل الخطر. ]، فإن شبكات الصرف الصحي الافتراضية ] تُركَّب لخلق مسارات تدفقية معتدلة تسمح بالماء بالهرب من التربة الرطبة، مما يقلل من ارتفاع الضغط على الأعمدة، مثل الأعمدة الصخرية أو شبكات الصرف الرأسي الجاهزة.

الحلول المؤسسية

In cases where ground improvement is impractical, engineers can design foundations to accommodate the effects of liquefaction. Deep foundations such as piles, drilled shafts, or caissons that extend through the liquefiable layer to competent bearing strata below can transfer structural loads to stable ground. However, deep foundations must account for dragt

Dewatering and Site Selection

For new construction in areas with high liquefaction potential, dewatering] to lower the groundwater table below critical depths can remove the saturation condition required for liquefaction. This approach is most practical where the water table is shallow and the volume of water to be manageable. In some cases, permanent drainage systems are installed beneath and keep groundwater level

مدونات البناء والأطر التنظيمية

وتتضمن رموز البناء الحديثة في المناطق المعرضة للزلازل متطلبات محددة لتقييم التسلية والتخفيف من حدتها، المدونة الدولية للبناء في الولايات المتحدة، المدونة الوطنية للبناء في كندا ، ومدونات [الإطار المرجعي]

وبالإضافة إلى رموز البناء، تُستخدم نُهج التصميم القائمة على الأداء بشكل متزايد في المشاريع الرئيسية، وتحديد حدود محددة للتشوهات الأرضية بدلاً من مجرد تقييم ما إذا كان سيُحدث التقلب، ويُسلّم هذا التحول بأن محدودية التردّد مع التشوهات التي يمكن تحملها قد تكون مقبولة لبعض الهياكل، في حين أن الهياكل الأخرى تتطلب حماية كاملة.() ويُسترشد في البرنامج الوطني للحد من أخطار الزلزال() (البرنامج الوطني للحد من المخاطر) [البرنامج الخاص بالمواقع: 1] في مجال التدريب.

تغير المناخ والنظر في المستقبل

ويدخل تغير المناخ أبعادا جديدة لتقييم مخاطر التسمم، إذ يمكن أن يؤدي ارتفاع مستويات سطح البحر وزيادة تواتر موجات العواصف إلى زيادة جداول المياه الجوفية في المناطق الساحلية، وتوسيع مناطق التشبع التي هي شروط أساسية للسيك، وفي المناطق التي يكون فيها الترسب، والتي كانت تتجمد في السابق، وتتجمد في السابق، وتستقر التربة التي تشبع بمياه المياه المذوبة، قد تصبح عرضة لفقدان القوة أثناء الزلازل المقبلة.

ولا تزال التنمية الحضرية تمتد إلى الأراضي الهامشية، بما في ذلك الواجهات المائية المملوءة، والمستنقعات المستعادة، والفيضانات الغريبية، التي كثيرا ما تكون جميعها عرضة للسيك، كما أن توسيع المدن إلى هذه المناطق، إلى جانب زيادة الكثافة السكانية في المناطق النشطة في المناطق المهتزلة، يعني أن نتائج أحداث التكتل الأسود المقبلة ستستمر في النمو ما لم تواكب تدابير التخفيف أساليب التحسين الأرضية الجديدة.

خاتمة

فالسيكية عملية معقدة ذات دوافع مادية لها آثار عميقة على سلامة الزلازل والقدرة على التكيف مع الهياكل الأساسية، وتنجم هذه الظاهرة في جوهرها عن التفاعل بين التحميل السيزمي الدراجي، وكثافة التربة، ومحتويات المياه، وظروف الصرف، وعندما تتواءم هذه العوامل، فإن الأرض التي كانت صلبة يمكن أن تفقد كل القوة الفعالة، مما يؤدي إلى آثار تتراوح بين التسوية الفرعية وفشل التدفق الكارثي.

ويمكن أن تتجاوز الخسائر الاقتصادية في التردي الأثر الناجم عن تهز الأرض، كما يتبين مرارا في الزلازل الكبرى في جميع أنحاء العالم، وبالنسبة للملاك والمطورين الذين يخططون لمشاريع جديدة في المناطق النشطة زلزامية، والاستثمار في إجراء تحقيقات جيولوجية شاملة، وعند الإشارة إلى أن تحسين الأرض أو تصميم المؤسسات المتخصصة ليس من النفقات التقديرية بل هو شرط أساسي لحماية الحياة والممتلكات، ومع تزايد أعداد سكان المناطق الحضرية وتطور الظروف المناخية، فإن أهمية البحث وزيادة الطلب على المخدرات.