1964年新潟地震 中因土壤液化傾倒的房屋
2011年基督城地震 中因土壤液化下沉的房屋
在2011年基督城地震 嚴重液化的道路
土壤液化 (英語:Soil liquefaction )是地震工程 的一个术语,指土壤 因地震 的壓密作用,造成原本在深層土壤 的水份被擠壓到表層,土壤顆粒間的有效應力 下降為零,土壤失去剪應力 強度,呈現如液態 的狀況。當地表承受不住地下水 的壓力 時就會破裂[ 1] 。
土壤液化主要出现在分布深度较浅,充滿水的砂質土壤 或粘土 ,且其底部排水较差。通常在外力反复震荡 下(如地震 ),松散的土壤因受到压缩,内部空隙减小,而擠壓孔隙水,导致空隙内水压 升高,砂粒間的結合力 減少或消失。当水压升高至超过土壤内承受的外部压力时,加上水分不能从地底排出,就会产生土壤液化。液化時砂與水混和成如泥漿 般的液體,使土壤失去支撐力,造成房屋傾斜、地層下陷、地下管線破裂或上浮[ 2] 。
最容易发生的液化的土壤 是年代比较轻(如近一万年的冰河时期 )的细沙,或颗粒大小相当且排列整齐的泥土 中,地层只有数尺厚,富含水分。这样的地形通常可见于河岸 、海岸 、舊河道填土造屋、海埔新生地 [ 2] 或因风力而堆积而成的沙丘中。土壤液化的例子有流沙 、流粘土 、浊流 和地震液化 等。
定義
當土壤受到剪切應力時,其相互之間的有效應力 趨於零,稱為土壤液化[ 2] 。有效應力指的是土壤顆粒之間的摩擦力。
地震液化
地震液化是城市 地震 危害的主要来源。震荡致使孔隙水的压力增加,土壤 的剪力 强度降低,从而使沙粒的表面张力 减小。如果地表刚好有一层較薄的地面,水压会有可能带着沙土喷出地面,这就是所谓的“喷沙 ”[ 2] 。
流沙
流沙 的成因是充满水分的松软泥沙,并受到外力的刺激。当水分被沙堆包围不能泄去时,水和沙 就形成了不能承受重量的液态土质。流沙可因静态水、上涌水(如地下水 )或地震 等因素形成。在有上涌水的情况下,水的冲力抵消了重力 ,致使泥沙颗粒悬浮。在发生地震 的情况下,震动会加大地表水的水压,导致了砂石的液化及泥沙的堆积。这两种情况,液化的地表失去了承重能力,导致地表坍塌或者地面建筑物倾斜。
包含水分的沙土外表看可能乾爽结实,但如果压力改变或受到突然震荡,泥沙颗粒之间的水向沙层上方滲透,逼迫沙粒分开,沙堆擴大。这时沙粒之间会形成一層水墊,形成流沙。陷入流沙的物体会下沉,直至于与流沙比重相当的深度,并因浮力悬浮于该深度。
發生案例
阪神大地震时的土地液化
日本
2011年日本东北地方太平洋近海地震 的土壤液化現象(東京都 新木場 )
在2011年日本东北地方太平洋近海地震 液化的發生地點、由清水建設的描述。
1964年6月16日 新潟地震
信濃川 河畔以及新潟機場 等地发生。
1995年1月17日 兵庫縣南部地震(阪神大地震 )
神戸市 的港灣人工島 ・六甲人工島 等地大量液化現象。
2004年10月23日 新潟縣中越地震
小千谷市 和長岡市 、与板町 、柏崎市 等地建于水田和湖泊上方的楼房地基发生土地液化。
2011年3月11日 東北地方太平洋沖地震 (東日本大震災 )
在關東地區1都6県96市町村发生土地液化现象[ 3] [ 4] 。
2016年4月16日 熊本地震
在阿苏火山口 附近的黑川 沿岸,地震引发的大规模地壳移动导致土地液状化发生[ 5] 。
2018年9月6日 北海道胆振东部地震
札幌市 清田区 里塚,北广岛市 大曲並木地区等发生土地液化。此外,札幌市东区东15丁目屯田通的部分路段(札幌市营地下铁 东丰线 荣町 -环状通东 段及北侧的道路)约4km区间地铁上方道路发生陷落、液化等现象[ 6] 。
美洲
1906年 舊金山大地震
當時土壤液化的用詞還不存在、經過多次地層變化的紀錄之後、才被歸納在文書檔案中。
1964年 阿拉斯加地震
1985年 墨西哥大地震
1989年 洛馬.普雷塔地震
舊金山市濱海地區。洛馬.普雷塔地震發生時的步道液化損害情況
紐西蘭
2011年 坎特伯雷地震
基督城內發生。
台灣
2016年高雄美濃地震 ,土壤液化造成台南市安南區溪頂里部分民宅傾倒。
以內政部土壤液化公布圖,六都當中的密集都會區,以台中市最沒有土壤液化風險。
參考資料
延伸閱讀
Seed et al., Recent Advances in Soil Liquefaction Engineering: A Unified and Consistent Framework, 26th Annual ASCE Los Angeles Geotechnical Spring Seminar, Long Beach, California, April 30, 2003, Earthquake Engineering Research Center PDF (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 )
外部連結
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