Dæmningsstyrke bestemt af balancerede klipper

Balancerede sten, klar til 24, 000 år, er blevet brugt til at vurdere den nuværende seismiske integritet af Clyde Dam i en University of Otago-ledet undersøgelse.

Professor Mark Stirling, fra Otagos Geologisk Institut, sammen med New Zealand og internationale kolleger, identificeret og vurderet alderen for tyngdekraft-trodsende klippeformationer placeret omkring 2 km fra dæmningsstedet. De brugte disse data til at bestemme de højeste jordaccelerationer, som klipperne kunne modstå, før de væltede.

Oplysningerne blev brugt til at indstille Safety Evaluation Earthquake (SEE) spektret for dæmningen, eller de forventede spidsbelastninger af jordskælvets jordbevægelser, der forekommer med en returperiode på 10, 000 år, der styrer sikkerhedsvurderingen og seismisk design af strukturen.

Det er første gang usikkert afbalancerede klipper er blevet brugt til at sætte formelle jordskælvsbevægelser til en større eksisterende konstrueret struktur.

Som forskerne rapporterer i Bulletin fra Seismological Society of America , den højeste jordacceleration for det nye SEE-spektrum, udviklet ud fra stendataene samt en opdateret seismisk faremodel for regionen, er væsentligt reduceret sammenlignet med foreløbige estimater udviklet i 2012.

Imidlertid, de nye designværdier for jordbevægelser svarer til dem, der blev brugt - tilfældigt - da dæmningen blev bygget i 1980'erne.

"Der er ikke noget, der skal gøres i vejen for at forstærke dæmningen, " siger professor Stirling.

"Imidlertid, undersøgelsen viser alle de relevante myndigheder, at dæmningen er i overensstemmelse med de moderne regler."

Undersøgelsen tjener også som et vigtigt proof-of-concept for fremtidige anvendelser af skrøbelige geologiske funktioner (FGF'er) i ingeniørdesign.

FGF'er er især nyttige til at indstille tekniske designparametre på steder, hvor perioden mellem relevante jordskælv er meget lang - 10, 000 år eller mere. I disse tilfælde, de geologiske egenskaber kan hjælpe med at teste probabilistiske seismiske farestimeringer.

Mens seismologer har undersøgt anvendeligheden af ​​disse funktioner til andre tekniske designprojekter, såsom det annullerede Yucca Mountain atomaffaldsdepot i Nevada og Diablo Canyon kraftværket i Californien, Clyde Dam er den første til at bruge skrøbelige funktioner til at sætte design på jorden.

På et bredt plateau beliggende sydvest for dæmningen kaldet Cairnmuir flad, udspring af skifersten, der stikker op over landskabet, er hugget ved erosion i potentielt ustabile konfigurationer.

I en møjsommelig indsats, forskerne identificerede disse usikkert afbalancerede klipper og tog feltmålinger af deres geometrier for at vurdere deres skrøbelighed. Derefter analyserede forskerne formationerne ved hjælp af radionukliddata, der estimerer, hvor længe en stenoverflade har været udsat for atmosfæren. Disse data kan give et skøn over, hvor længe en sten har været afbalanceret i en bestemt position.

"Med hensyn til dataindsamling, det var FGF aldersvurdering, der var mest udfordrende, " siger professor Stirling.

"Det krævede specialistinput, hårdt fysisk arbejde, og der var normalt store usikkerheder i fortolkningen af ​​datoerne for at sige, hvor længe FGF'erne havde været skrøbelige."

Ved at kombinere disse data med information om tidligere jordskælv langs den nærliggende Dunstan-forkastning, forskerne konkluderede, at klipperne ved Cairnmuir-fladen havde stået i deres ustabile position i mindst 24, 000 år. Dette tyder på, at de alle har overlevet mindst to jordskælv i Dunstan-forkastningen.

De udviklede derefter en skrøbelighedsfordeling af alle usikre afbalancerede sten i deres undersøgelse, baseret på højeste jordacceleration, at bestemme de højeste jordaccelerationer, der mest sandsynligt vil vælte enhver tilfældig skrøbelig klippestruktur med større end 95 procent sandsynlighed. Disse oplysninger hjalp så til at anbefale et nyt SEE-spektrum til dæmningsstedet.

Baseret på vores foreløbige probabilistiske seismiske fareberegninger for stedet, "Vi vidste, at FGF'erne i området ville blive slået ned af disse stærke jordbevægelser, hvis de forekom - det er let at groft estimere funktionernes skrøbelighed med øjet i marken, " forklarer professor Stirling.

Det var dengang kun et spørgsmål om tid og forskning, han tilføjede, før de nye Clyde Dam-farevurderinger blev revideret.