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事件剖析地球观测与灾害科学约 18 分钟阅读

1989 年洛马普里埃塔:柏树街高架桥倒塌与滨海区填土怎样把近场走滑钉成场地与结构证据

1989 Loma Prieta: Cypress Street Viaduct Collapse and Marina District Fill as Site and Structure Evidence

证据方法事件剖析场地效应填土液化双层高架桥

1989 年 10 月 17 日,太平洋夏令时 17 时 04 分。世界时已经进入 10 月 18 日 00 时 04 分 15 秒。圣克鲁斯山脉洛马普里埃塔峰附近,圣安德烈斯断层系一条向西南陡倾的面上开始破裂。美国地质调查局专业论文 1550-A 把当地震级写成约 6.7,面波约 7.1;同一卷里另有汇编把当地震级写成约 6.9。地震矩约 \(1.7 \times 10^{19}\) 到 \(3.5 \times 10^{19}\) 牛顿·米,折合矩震级约 6.9。震源深度大约 17 到 19 公里。对象不是“加州又震了一次”这句口号,也不是烛台球场那一晚世界职业棒球大赛第三场的电视画面。对象是这一次近场走滑——带着显著逆冲分量——在大约一百公里外留下、并且被钻孔、余震台与工程调查钉住的两套场地与结构记录:奥克兰柏树街高架桥(州际 880)坐在湾泥与松填土上的双层段倒塌;旧金山滨海区由 1915 年世博会水力填沙等松砂写下的液化、沉降与软弱底层木楼破坏。不是板块构造总览,不是1985 年墨西哥城场地效应那一套四百公里外湖床两秒谱,不是1964 年阿拉斯加那一套近场升降与海啸,也不是 1700 年卡斯卡迪亚孤儿浪或 2011 年东北地方海沟的事件页,更不是一份可以照做的高架桥加固手册。

先破除四个互相冒充的误解

第一个冒充发生在地图上的星号。仪器把初动收到圣克鲁斯山脉一个点附近。点是定位产品。专业论文 1552-B 把旧金山与奥克兰的公路重创写成距破裂大约六十英里。能量不是在市区重新“发生”了一次地震。近场体波已经走完这一段路径。湾泥、水力填沙和 1950 年代的双层高架,把到达的那一段写成另一张图。把星号写成“地震发生的地方”,学生就看不见奥克兰那条湾泥等厚线,也看不见滨海区那块填出来的海湾。

第二个冒充是把这次事件读成墨西哥城那一套远场湖床放大的加州版。米却肯沿岸的板间破裂在大约四百公里外,把接近两秒的成分交给特斯科科古湖黏土。洛马普里埃塔是附近的转换边界破裂,持时以数秒到十几秒计,不是湖盆里堆到几十秒的共振。柏树街的对象是双层钢筋混凝土箱梁;滨海区的对象是松砂填土上的木框架软弱底层。两秒谱和一层层数图是墨西哥城的尺子。本篇的尺子是:同一座高架沿走向换成湾泥之后,上层桥面在调查图上消失;同一座城市里,填土街区交出液化与软弱底层,邻近基岩高地没有同一张图。场地效应在两处都出场。震源类型、周期窗口和倒塌的物体都不同。

第三个冒充发生在“旧混凝土所以倒”和“旧金山坐在断层上所以倒”这两句可以互换的话上。沿柏树街,调查把倒塌段叠到松填土覆盖湾泥的区段。较密的梅里特砂上,同一套 1950 年代双层体系没有交出同一条连续倒塌带。滨海区的砂沸、管线破裂和最重的木楼破坏,叠在水力填沙与岸线倾倒填土上,而不是叠在整座半岛的断层迹线上。质量差异当然存在,也不能用一张土层图把每一根柱子的配筋细节抹平。可是比较结构给出的是选择,不是全体垮塌。把选择写成道德判断,土层和结构就收成同一句空话。

第四个冒充发生在死亡数字和棒球赛上。专业论文 1552-B 把柏树街写成 42 人死亡、108 人受伤;东湾桥面另记 1 人死亡。全事件公开合计常被写成六十余人量级,各汇编并不锁死同一个整数。要把这些数当成已经量完的人口统计,尺子被换掉了。它们是已发表估计,带不确定性。能锁住的物体类型是:在已发表的公路调查里,柏树街占了死亡的大多数。烛台球场当晚挤满看世界系列赛的观众,球场本身表现不是本篇对象。它只说明湾区有一群人在看球,高架上的车流不必等于平常的晚高峰。车流解释的是暴露。暴露解释不了湾泥段为什么被选进倒塌图。本篇不是逃生步骤,也不把伤亡表写成震级的直接照片。

装置:余震面、一座双层高架、一块填土街区、一组余震放大

没有把整条圣安德烈斯画成教科书走滑之前,这一次仍然可量。这里的标志不是海沟藤壶线,而是余震云给出的那块倾斜面。迪茨与埃尔斯沃思把余震收到震源两侧大约五十公里。大约十公里以下,余震勾出向西南倾约 65 到 70 度的面;滑移大致限制在大约 7 到 20 公里深度、走向约 35 公里的范围内。专业论文把右旋与逆冲写成接近等量,并且没有贯穿到地表的圣安德烈斯主迹。威尔逊 1965 年的转换断层课解释的是脊轴为什么看起来错开。它解释不了奥克兰哪一段桥面先消失。本剖析只持这一句对对象有用的话:源是附近的转换边界上一次埋藏的斜滑,不是四百公里外的板间界面,也不是巨型逆冲的近场升降场。地震总论把震级、烈度与场地分成三件东西。本篇只持这一次:6.9 是矩的尺子,奥克兰与滨海区的破坏图是场地和结构的投影。

柏树街高架是第二套装置,对象更窄。它是把州际 80 的交通接到州际 880 的双层现浇钢筋混凝土箱梁,上下各四车道,由双柱排架顶住。设计始于 1949 年,1957 年建成。专业论文 1552-B 把上层桥面的连续倒塌写成从南侧第 63 号排架到北侧第 112 号排架,其间只有 96、97 号仍立着。倒塌段落与松填土覆盖湾泥重合;基岩在该段地面以下可以深过五百英尺。诺里斯等人把近地表土层写成:大约到第 70 号排架仍是梅里特砂,再往北换成湾泥;基础类型在第 71 与 72 号之间跟着换成穿过湾泥的长摩擦桩。同一座结构、同一天下午、大约五到十秒的强震动,两段场地交出两张图。调查把上层框架柱脚的销接写成这一次被反复看到的破坏位置。本篇停在比较结构。它不把排架节点写成可以照做的失效步骤,也不把后续替换工程写成操作清单。要锁住的只有:倒塌带停在湾泥段附近,而不是沿整条 880 均匀铺开。

滨海区是第三套装置。博尼利亚把这块大约 4.0 平方公里的街区写成:1851 年以前大半是海湾或沼泽;1860 年代到 1912 年用附近沙丘与海滩的砂零星回填;1912 年为 1915 年巴拿马—太平洋博览会,在防波堤围出的泻湖里泵入水力填沙。专业论文 1551-F 把砂沸最显眼的地方叠到水力填沙上。圣弗朗西斯游艇俱乐部附近,侧向位移与沉降被写成可到大约 600 毫米。市政供水管网在该区的修理次数,超过旧金山其余城区的三倍;燃气管被大段替换。最重的房屋破坏集中在四层木框架转角楼,尤其是地面层被车库掏空的软弱底层。哈里斯与伊根把这批楼的基本频率收到大约 0.8 到 1.2 赫兹,与博特赖特等人给出的场地放大频段重合。频率重合不是比喻。它是:填土柱把输入改写之后,某一类木楼的周期进入选择。邻近的弗朗西斯坎砂岩高地没有交出同一张液化与软弱底层图。土壤科学在这里不是农地发生学课。它是把一次近场波动收成可复查的填土柱与湾泥柱。

余震台与钻孔给出第四列。专业论文把滨海区写成基岩盆地之上的全新世湾相沉积加填土。余震记录把滨海区相对梅森堡弗朗西斯坎砂岩台的放大,写成约 1 赫兹处大约六到十倍。放大发生在比水力填沙更宽的范围,与软湾泥的分布相关。液化、沉降和管线破裂则更窄,主要停在松砂填土上。两张图不能并成一句“土软所以晃”。一层解释振幅。一层解释永久变形。缺钻孔,放大只是形容词。缺破坏图,频率只是一条谱。两套资料必须同时在场。

反事实与稳健性压力测试

若主张“有了矩震级 6.9 就不必再量湾泥”,应能指出哪一张远场衰减关系,已经给出柏树街湾泥段上层桥面消失、梅里特砂段同一套双层体系没有交出同一条带。衰减在岩石路径上可以成立。成立的是路径。湾泥与填土是另一段路径。没有沿桥走向的土层分界,6.9 只说明圣克鲁斯山脉滑了一次。它解释不了倒塌为什么停在第 63 到 112 号排架附近。

若主张这次破坏就是墨西哥城那一套两秒湖床滤波搬到加州,通讯运输部的谱峰在大约 2 秒、持时以几十秒计。柏树街的强震动被写成大约五到十秒。滨海区进入选择的木楼在大约 1 赫兹。周期窗口对不上。墨西哥是远场俯冲;洛马普里埃塔是附近的转换斜滑。两张放大图都叫场地效应。物体类型不同。把两秒黏土借来冒充奥克兰湾泥,等于把震源和尺子一起收掉。

若主断层被写成穿过奥克兰市区的近乎直立走滑、破坏图应沿地表破裂成带,而不是沿湾泥与填土边界成斑。2023 年土耳其—叙利亚序列回答的是近断层走滑怎样被影像与余震云收成破裂带。本篇的破裂在圣克鲁斯山脉的埋藏斜面上。城市里的带是沉积几何。把两张带并成一句“大地震拆桥”,仪器就被收掉。阿拉斯加那一套藤壶线与港湾滑坡浪,是巨型逆冲的近场仪器。不要把普拉夫克的升降场借来冒充柏树街的排架编号。

若只有倒塌照片、没有梅里特砂对照段,施工年代足以解释若干排架,却解释不了为什么同一竣工年份在较密砂上没有交出同一条连续倒塌带。若只有填土名称、没有砂沸点与频率,软土足以让人想象“填出来的地所以晃”,却解释不了为什么破坏选中 0.8 到 1.2 赫兹那一批转角楼。对照必须同时在场。缺一层,故事会坍成“湾区被震垮了”。

若有人用后来的全球板块速度场,把 1989 年写成已经画完的圣安德烈斯教科书,对象就滑成总论插图。本篇停在这一天下午的湾泥段、填土街区和两张不能合并的破坏图。速度场是另一张图。哈里·赫斯 1962 年的地质诗要求海沟是汇、脊是源。转换边界把位移沿走向交出去,不必在海沟里完成这一次。1989 年证明:转换系上一次埋藏斜滑,仍能在大约一百公里外把填土和双层高架写成档案。它并不重写洋盆循环账,也不把舰长测深写成已经量过第 63 号排架。时间戳不能用循环图代替。

本篇也不把此后的公路加固史写成已经完成的操作说明。档案锁住的是这一次被看到的场地选择。如何改下一座桥,属于另一套规范文本,不属于这一页的对象。

跨域连接

  • 1985 年墨西哥城场地效应:远场俯冲把两秒交给湖床黏土;本剖析只持附近转换斜滑把数秒输入交给湾泥与填土。两张图都叫放大。震源、周期和倒塌的物体都对不上,不能互相冒充。
  • 1964 年阿拉斯加:巨型逆冲留下升降场与两套海啸。洛马普里埃塔没有那一套近场水位尺。本课的仪器是排架编号和填土钻孔。不要把藤壶线借来签字。
  • 混凝土工程:倒塌图记录的是 1950 年代双层钢筋混凝土排架,在湾泥放大后的短持时输入里怎样被调查写成极限。材料强度不能单独回推震级。本篇不写可照做的配筋或拆桥步骤。
  • 桥梁:双层高架是一种把路面抬离地面的受力路径。本剖析只持这一次路径在湾泥段被打断、在较密砂段没有被同样打断。风致振动和跨江悬索是另一把尺。
  • 土壤科学:湾泥柱与水力填沙柱把到达的剪切波改写成房屋和桥面看见的输入。名称不是证据。钻孔、砂沸和沿桥土层分界才是。
  • 波动与声学:软层把某一频段留下来。滨海区大约 1 赫兹进入选择,墨西哥城大约 0.5 赫兹进入选择。本课的波不是空气里的声音。它是土层柱对近场剪切输入的滤波。
  • 1965 年威尔逊转换断层:运动学把脊轴错开收成反号走滑。本篇只持转换系上一次有时间戳的埋藏斜滑,怎样在一百公里外留下场地档案。几何没有给出第 63 号排架。
  • 实验设计与测量不确定度:死亡合计因汇编而异,42 与“六十余人”不是互相取消的数。深度 17 或 19 公里、矩的区间也一样。不确定度允许声称的是物体类型:湾泥段被选进倒塌图,填土街区被选进液化与软弱底层图。它不允许把 6.9 写成已经量完的破坏。
  • 证伪:若梅里特砂段与湾泥段交出同一条连续倒塌带,场地选择应当受伤。调查没有交出这一条带。没有带,不等于科学结束。它只说明这一次的比较,活过了“全桥同一输入”这第一种硬曝光。
  • 范式:旧框架可以把这次事件读成一次湾区六级多,外加旧桥与旧楼。新读法把同一组排架编号、土层分界和填土频率,当成近场走滑被场地改写成结构输入的档案。取景框一换,烛台球场从对象变成背景。
  • 地震:总论需要震级、烈度与场地分列。本篇只持这一次:6.9 是矩,烈度图被湾泥与填土改写。震级不是烈度。烈度也不是一座双层桥的破坏图。综合不代替第 63 到 112 号排架那一条带。
  • 哈里·赫斯:传记与 1962 年文集持源在脊、汇在沟。本剖析只持他没有拿到的那一次转换斜滑之后的场地滤波。人生给出谁写出了循环。柏树街给出循环在 1989 年 10 月怎样把数秒交给上盘上的一座填海城市。不要把舰长测深写成已经量过滨海区砂沸。

参考文献

  1. Dietz, L. D. & Ellsworth, W. L. “The October 17, 1989, Loma Prieta, California, earthquake and its aftershocks: Geometry of the first three weeks.” Geophysical Research Letters, 17(9), 1990, 1417–1420. doi:10.1029/GL017i009p01417
  2. U.S. Geological Survey. The Loma Prieta, California, Earthquake of October 17, 1989—Main-Shock Characteristics. Professional Paper 1550-A, 1996. doi:10.3133/pp1550A
  3. Yashinsky, M. The Loma Prieta, California, Earthquake of October 17, 1989—Highway Systems. U.S. Geological Survey Professional Paper 1552-B, 1998. doi:10.3133/pp1552B
  4. O’Rourke, T. D., coordinator. The Loma Prieta, California, Earthquake of October 17, 1989—Marina District. U.S. Geological Survey Professional Paper 1551-F, 1992. doi:10.3133/pp1551F
  5. Benuska, L., ed. “Loma Prieta Earthquake Reconnaissance Report.” Earthquake Spectra, 6(S1), Earthquake Engineering Research Institute, 1990.
  6. Nims, D. K., Miranda, E., Aiken, I. D., Whittaker, A. S. & Bertero, V. V. Collapse of the Cypress Street Viaduct as a Result of the Loma Prieta Earthquake. Report UCB/EERC-89/16, University of California, Berkeley, 1989.
  7. Norris, G., Siddharthan, R., Zafir, Z. & Gowda, P. “Soil and Foundation Conditions and Ground Motion at Cypress Street Viaduct.” Transportation Research Record, 1411, 1993, 61–69.
  8. Boatwright, J., Seekins, L. C., Fumal, T. E., Liu, H.-P. & Mueller, C. S. “Ground motion amplification in the Marina District.” Bulletin of the Seismological Society of America, 81(5), 1991, 1980–1997. doi:10.1785/BSSA0810051980

延伸阅读

  • Housner, G. W., chair. Competing Against Time: Report to Governor George Deukmejian from the Governor’s Board of Inquiry on the 1989 Loma Prieta Earthquake. State of California, 1990. 州级调查把公路系统写成政策档案;不能代替专业论文 1552-B 的排架对照图,也不构成本篇的加固步骤。
  • Bonilla, M. G. “The Marina District, San Francisco, California: Geology, history, and earthquake effects.” Bulletin of the Seismological Society of America, 81(5), 1991, 1958–1979. 填土史与钻孔底稿;须与 1551-F 全书对照。