Niko ne zna tačno kada i gde će zemljotres pogoditi. Ali kompjuterske simulacije pomažu naučnicima i inženjerima da poboljšaju predviđanja za tečenje – ponekad smrtonosni efekat zemljotresa gde tlo gubi svoju krutost, čime se ruše zgrade i još mnogo toga.
Skup podataka koji pruža ključne ulazne podatke za procenu pokretanja tečenja izazvanog zemljotresom osvojio je nagradu DesignSafe Dataset 2024, koja je prepoznala različite doprinose skupa podataka istraživanju prirodnih opasnosti.
„Glavni cilj ovog projekta bio je da se obezbede mere intenziteta kretanja tla za procene pokretanja tečnosti“, rekao je Renmin Pretel, docent za građevinsko inženjerstvo i inženjerstvo zaštite životne sredine na Univerzitetu Nevada, Reno (UNR).
Skot Brandenberg (UCLA), Džonatan Stjuart (UCLA) i Renmin Pretel (UNR) zajedno su objavili nagrađivani skup podataka PRJ-4022 | Konzistentno izračunate mere intenziteta kretanja tla za procenu pokretanja tečnosti. Skup podataka je javno dostupan na NHERI DesignSafe sajberinfrastrukturi. Detalji studije dati su u nedavno objavljenom izveštaju.
Ukapljivanje se javlja kada se tlo pomeri od zemljotresa, razbijajući krutost tla i čvrstoću na smicanje kako se pritisak porne vode povećava, a efektivni napon koji drži čestice tla zajedno se smanjuje. Ukapljivanje tla je primećeno i dokumentovano u oblastima podložnim zemljotresima kao što su Kalifornija, Aljaska, Japan, Južna Amerika, Turska i druga mesta širom sveta.
„Na osnovu dokumentacije istorije slučajeva, razvijeni su modeli pokretanja tečnosti“, rekao je Pretel. „Jedna od glavnih komponenti ovih modela je maksimalno ubrzanje tla na mestima gde je došlo do tečenja.
„Cilj našeg projekta bio je da koristimo sistematsku tehniku za izračunavanje vršnog ubrzanja tla na svim lokacijama istorije bolesti“, rekao je Pretell. Tim je koristio svoju poboljšanu tehniku ujednačeno na 565 lokacija za istoriju slučajeva na osnovu najnovijih skupova podataka, za koje je rekao da su se vremenom poboljšavali.
Pretelov tim nije samo procenio vršna ubrzanja tla, već i druge mere intenziteta kretanja tla koje potencijalno mogu unaprediti predviđanje pokretanja tečenja, kao što su vršna brzina tla, Arias intenzitet i kumulativna apsolutna brzina.
„Glavni nalaz našeg skupa podataka je da postoje važne razlike između vršnih ubrzanja tla koja su korišćena u prošlosti i vršnih ubrzanja tla koja smo procenili na osnovu našeg sistematskog pristupa“, rekao je Pretel.
Tečnost je jedna od najrazornijih pojava u geotehničkom inženjerstvu. Mnogi istraživači su tokom godina posvetili svoj život istraživanju i istraživanju tečenja, stvarajući skupove podataka koji se decenijama kasnije koriste i danas.
„Zabrinutost je što imamo poluempirijske modele koji se u velikoj meri oslanjaju na istorije slučajeva prethodnih posmatranja, a jedna od komponenti je seizmički zahtev“, rekao je Pretel.
Sa ovim modelima, inženjeri i istraživači praktičari mogu da procene potencijal za pokretanje tečnosti za datu lokaciju, kao što je budući stambeni razvoj. I pošto postoje različite tehnike za procenu seizmičke potražnje, neke subjektivnije od drugih, ovo je motivisalo tim da traži poboljšanja modela koji izazivaju tečnost koristeći najnoviji dostupni skup podataka i najnovije metode i statističke tehnike.
Nagrađivani skup podataka PRJ-4022 imao je koristi od nekoliko prethodnih napora. Uglavnom je crpio iz dve velike baze podataka uspostavljene za istraživanje inženjeringa zemljotresa.
Baza podataka o utečnjavanju sledeće generacije (NGL) prikupila je sve istorije slučajeva tečenja, dodeljujući za svako mesto utečnjavanja karakterizaciju geotehničkih parametara kako bi se razumeli uslovi tla, geologija, geotehnička svojstva zemljišta, nivoi podzemnih voda i druge karakteristike koje dovode do ispoljavanja površinske tečnosti ili njenog nedostatka.
Drugi glavni izvor podataka koji se koristi u PRJ-4022 su iz Projekta slabljenja sledeće generacije (NGA), koji uključuju NGA-Vest2 za plitke zemljotrese u kore u aktivnim tektonskim regionima; NGA-Istok za stabilne kontinentalne regione; i NGA-Subdukcija za zemljotrese u subdukcionim regionima.
„To su važni projekti koji su prikupili zapise o kretanju tla prikupljene iz obimnih snimaka zemljotresa sa stanica širom sveta“, rekao je Pretel. „Naš projekat je imao koristi od prethodnih napora u prikupljanju podataka.
Životni ciklus podataka obično ide od prikupljanja do dokumentacije, a zatim skladištenja. Ali skup podataka o tečnosti PRJ-4022 je drugačiji.
„Koristili smo NGL i NGA baze podataka i razvili smo modele prostorne korelacije i procenjene mere intenziteta kretanja tla. Možemo smatrati da je naš skup podataka više simulacioni tip skupa podataka. Naš skup podataka obezbeđuje kolekciju intenziteta kretanja tla. mere na lokacijama istorije slučajeva tečenja za najvažnije događaje zemljotresa, za razliku od neobrađenih podataka“, rekao je Pretel.
„Cilj je da koristimo bilo kojoj zajednici, češće istraživačkoj zajednici. Uključili smo Jupiter notebook zasnovan na Pithon-u u naše spremište skupova podataka koji se može koristiti za izračunavanje mera intenziteta kretanja tla na lokacijama od interesa za zemljotrese koje smo uključili u našu studiju U tu svrhu, korisnik samo treba da unese geografsku širinu, dužinu i jedan parametar tla koji se sastoji od vremenski usrednjene brzine smičnog talasa“, dodao je Pretell.
Štaviše, Pretell je razvio i ažurira Pithon pakete na GitHub-u da bi olakšao korišćenje Jupiter beležnice.
Modeli prostorne korelacije razvijeni kao deo njihovog projekta takođe mogu pomoći istraživačima i agencijama da sprovedu analizu rizika na proširenoj infrastrukturi, kao što su linije za spasavanje i tranzit.
Pretelov tim je proširio skup podataka da generiše modele prostorne korelacije i mere intenziteta kretanja tla za četiri događaja sekvence zemljotresa u Turskoj iz februara 2023., čiji su rezultati objavljeni u Earthkuake Spectra.
„Pružili smo procene najvećeg ubrzanja tla na branama, zgradama i bolnicama i za mnoge različite istraživačke timove koji su putovali u Tursku“, rekao je Pretel. Istraživači su nastojali da shvate, na primer, zašto su neke bolnice pretrpele štetu od zemljotresa, a druge ne.
„Proučavali smo prostornu varijabilnost vršnog ubrzanja tla i videli smo da je u nekim zonama došlo do opšteg potcenjivanja u poređenju sa modelima koje koristimo“, dodao je Pretel.
Još jedna studija relevantna za PRJ-4022 skup podataka fokusirala se na zemljotres M6.9 Loma Prieta iz 1989. godine, objavljen u februaru 2024. u Geo-Congress 2024, koji je procenio vršne vrednosti ubrzanja tla na lokacijama istorije slučajeva.
„U ovoj publikaciji smo pokazali sistematsku tehniku koju koristimo za izračunavanje ovih mera intenziteta kretanja tla za zemljotres Loma Prieta“, rekao je Pretell.
Jedan od velikih izazova koje su naučnici imali sa nagrađivanim skupom podataka je promenljivost baze podataka, gde se greške ispravljaju, a zapisi dodaju. Svaki put kada dođe do promene u ulaznim bazama podataka, moraju se pokrenuti novi proračuni da bi se generisali novi rezultati – što čini verzionisanje podataka važnim za projekat.
„DesignSafe čini savršenu platformu jer ažuriramo naš skup podataka kako se prikuplja više podataka ili se poboljšavaju rezultati, a mi izdajemo drugu verziju. Imajući mogućnost da ažuriramo naše rezultate, zadržavajući isto ime i direktni identifikator objekta (DOI)—što DesignSafe pomaže u obezbeđivanju — je od velike pomoći“, rekao je Pretell.
„DesignSafe je takođe pouzdana i dugoročna platforma sa kojom je zajednica inženjera zemljotresa veoma upoznata,“ dodao je on.
„Ključne tačke koje bi ljudi trebalo da znaju je da imamo skup podataka dosledno procenjenih mera intenziteta kretanja tla na skoro svim lokacijama istorije slučajeva utečnjavanja prikupljenim do danas. Ovi podaci se mogu koristiti ne samo za modele koji izazivaju tečenje, već i bočne strane izazvane tečnjavanjem. procena širenja i naseljavanja Ovaj skup podataka može potencijalno koristiti istraživačima koji razvijaju metode ili modele za procenu opasnih efekata izazvanih zemljotresom. tečenje“, rekao je Pretell.
