Forskare vid Oregon State University banar väg för ökad säkerhet för kustbor och infrastruktur genom att utveckla ett bättre sätt att modellera den destruktiva kraften hos tsunamivågor.

Sällsynt men potentiellt förödande, tsunamis kan orsaka enorma skador på kustinfrastruktur, med en del av problemet att spåra till instabil jord runt strukturerna.

Att förstå de processer genom vilka en tsunami destabiliserar marken är en nyckel till att utveckla ingenjörstekniker som kan göra byggnader, vägar och broar kan bättre motstå de komplicerade krafter som verkar i en tsunami.

Samarbetspartners ledda av Ben Mason och Harry Yeh från OSU College of Engineering använde en centrifug som en gång testade Apollo-astronauternas motstånd mot G-krafter, fästa en behållarapparat fylld med jord och vatten för en skalbar simulering av effekterna av översvämning.

Centrifugtekniken replikerar översvämningsfysik över ett jordpaket 21 meter långt, nästan 10 meter djup och mer än 14 meter bred – mycket större än vad som kan simuleras i en traditionell vågtank.

"Det här är första gången något liknande har gjorts, ", sa Mason. "Utmaningen att ta reda på logistik och maskinteknik för att designa containern är en ganska slående aspekt av denna forskning."

Fynden publicerades i Nature Vetenskapliga rapporter .

En centrifug är en anordning som sätter något i rotation runt en fast axel, dvs svänger den i en cirkel.

"Föreställ dig att du håller en 5-liters hink med vatten som du börjar snurra runt med, och om du snurrar tillräckligt snabbt, vattnet kommer att stanna kvar i hinken oavsett dess position, och om du saktar ner, det kommer att rinna ut, " Sa Mason. "Det är precis konceptet vi arbetade med."

Centrifugen i studien, inrymt vid UC Davis Center for Geotechnical Modeling efter att ursprungligen ha varit en del av NASAs Ames Research Center, har en radie på 9,1 meter. Fäst vid armen var apparaten som Mason och medarbetare byggde, en del av den fylld med vatten, den andra delen med jord, med grindar för att möjliggöra flöde som simulerar en tsunamivåg.

"Vi försöker härma hela processen med en tsunami som kommer på land och sedan dras tillbaka, " Sa Mason. "Om du lägger jord i en vågränna för att försöka göra det, det blir riktigt, riktigt dyrt, och också för att vid jordens gravitation, du kan inte ha ett mycket djupt lager av jord – tsunamis spatiotemporala skalor gör det svårt att göra labbexperiment som skalar upp. Det är vår främsta fördel:vi kan simulera en mycket större jordyta, och när lådan väl är byggd, det går mycket snabbare att bygga jordmodeller i centrifugen."

"I centrifugen, vi kan använda höghastighetsvideo för att lära oss mycket om vad som händer i jorden, som skurning, och under ytan, hur porvattentrycket förändras med tiden när vattnet rör sig över, " Sa Mason. "Alla dessa saker är viktiga för att förstå vad vi kan förvänta oss att jorden runt kustnära infrastruktur ska göra, och sedan hur skyddar vi den infrastrukturen när nästa tsunami inträffar."