Исследователи из Университета штата Орегон прокладывают путь к большей безопасности прибрежных жителей и инфраструктуры, разрабатывая более совершенные средства моделирования разрушительной силы волн цунами.
Редкие, но потенциально разрушительные цунами могут нанести огромный ущерб прибрежной инфраструктуре, причем часть проблемы связана с неустойчивым грунтом вокруг сооружений.
Понимание процессов, посредством которых цунами дестабилизирует почву, является ключом к разработке инженерных методов, которые могут сделать здания, дороги и мосты более способными противостоять сложным силам, действующим во время цунами.
Соавторы во главе с Беном Мейсоном и Гарри Йе из Инженерного колледжа OSU использовали центрифугу, которая когда-то проверяла устойчивость астронавтов Аполлона к перегрузкам, прикрепив контейнерный аппарат, наполненный почвой и водой, для масштабируемого моделирования эффектов. наводнения.
Техника центрифуги воспроизводит физику затопления участка почвы длиной 21 метр, глубиной почти 10 метров и шириной более 14 метров, что намного больше, чем можно смоделировать в традиционном волновом резервуаре.
«Это происходит впервые», - сказал Мейсон. «Задача определения логистики и машиностроения для проектирования контейнера - довольно поразительный аспект этого исследования».
Результаты были опубликованы в Nature Scientific Reports.
Центрифуга - это устройство, которое приводит что-либо во вращение вокруг неподвижной оси, т.е. раскачивает это по кругу.
Представьте, что вы держите 5-галлонное ведро воды, с которым вы начинаете вращаться, и если вы будете вращаться достаточно быстро, вода останется в ведре независимо от его положения, а если вы замедлите движение, она польется вышел, - сказал Мейсон.«Это именно та концепция, над которой мы работали».
Центрифуга в исследовании, расположенном в Центре геотехнического моделирования Калифорнийского университета в Дэвисе после того, как первоначально была частью Исследовательского центра Эймса НАСА, имеет радиус 9,1 метра. К руке был прикреплен аппарат, построенный Мэйсоном и его сотрудниками, часть которого была заполнена водой, а другая часть - землей, с воротами, позволяющими потоку имитировать волну цунами.
«Мы пытаемся имитировать весь процесс цунами, надвигающегося на берег и затем отступающего», - сказал Мейсон. «Если вы помещаете почву в волновой лоток, чтобы попытаться сделать это, это становится очень, очень дорого, а также потому, что при земной гравитации у вас не может быть очень глубокого слоя почвы - пространственно-временные масштабы цунами усложняют задачу. проводить масштабные лабораторные эксперименты. Это наше ключевое преимущество: мы можем смоделировать гораздо больший участок земли, и после того, как коробка будет построена, можно намного быстрее построить модели почвы в центрифуге."
В центрифуге мы можем использовать высокоскоростное видео, чтобы узнать многое о том, что происходит в почве, например, о размыве, и под поверхностью, как давление воды в порах изменяется со временем, когда вода движется по поверхности, - сказал Мейсон. «Все эти вещи важны для понимания того, что мы можем ожидать от почвы вокруг прибрежной инфраструктуры, и как мы можем защитить эту инфраструктуру, когда произойдет следующее цунами».