2.103. Разрушение зданий и шоссе

Именно в тот момент, когда в Окленде должна была начаться третья решающая игра Главной лиги бейсбола, туда докатились сейсмические волны магнитудой 7,1 по шкале Рихтера, вызвавшие ужасные разрушения и гибель 67 человек. Эпицентр землетрясения находился примерно в 100 км от Окленда, вблизи горного пика Лома-Приета. По всему миру разошлись фотографии большого двухъярусного участка шоссе Нимиц, дороги, идущей вдоль залива Сан-Франциско. Сложившиеся вместе верхнее и нижнее полотно дороги стали ловушкой для многих автомобилистов; десятки человек погибли. Очевидно, что причиной этих разрушений были очень сильные вибрации, вызванные сейсмическими волнами. Но почему именно этот участок шоссе разрушился, а другие, почти такие же участки, не пострадали?

Девятнадцатого сентября 1995 года сейсмические волны от землетрясения на западном побережье Мексики привели к масштабным разрушениям в Мехико — примерно в 400 км от эпицентра землетрясения. Почему так пострадал Мехико, но на пути к этому городу разрушения были незначительны? Более того, почему в Мехико обрушились сравнительно невысокие дома, тогда как большинство более высоких и менее длинных зданий не пострадали?

ОТВЕТ • Шоссе Нимиц разрушилось на участке, построенном на рыхлом глинистом грунте. При толчках произошло ожижение (или флюидизация) материала грунта. Это означает, что его частицы отошли друг от друга и грунт стал текучим, а не твердым. На такой текучий глинистый грунт сейсмические волны воздействовали гораздо сильнее, чем на соседние участки, где шоссе проходило через скалы. Одна из характеристик, определяющих опасность сейсмических волн, — максимальная скорость, которую приобретают частицы, колеблющиеся вместе с волной. На глинистом грунте эта максимальная скорость была по крайней мере в пять раз больше, чем на остальных участках. Поэтому здесь шоссе буквально трясло до тех пор, пока не схлопнулись нижнее и верхнее полотно дороги.

Иногда, если происходит ожижение, дома засасывает в грунт, как если бы они попали в зыбучий песок. Кроме того, могут образоваться гейзеры, выбрасывающие вверх фонтаны воды с песком.

Землетрясение в Мексике было мощным (магнитудой 8,1 по шкале Рихтера), но достигшие Мехико сейсмические волны были слишком слабы, чтобы привести к масштабным разрушениям. Однако большая часть этого города построена на месте, где когда-то было озеро. Почва там все еще мягкая, содержащая воду. По дороге к городу амплитуда сейсмических волн, распространявшихся в более твердых породах, была небольшой, но в рыхлой почве, на которой стоит Мехико, она существенно выросла. Кроме того, в рыхлой почве некоторые сейсмические волны отражаются от поверхности почвы и от твердого основания снизу (фундамента). Волны определенной длины волны усиливают друг друга, увеличивая движение грунта. Обязанное волнам ускорение составляло 0,2 g (две десятых от ускорения свободного падения), а частота колебалась вокруг значения 0,5 Гц. В результате грунт колебался достаточно сильно и на удивление долго, а собственная (резонансная) частота колебаний многих не слишком высоких зданий оказалась равной 0,5 Гц. Многие из таких зданий при толчках разрушились, тогда как более низкие здания (с большей резонансной частотой) и более высокие здания (у которых резонансная частота ниже) устояли.