土壤液化(英语:Soil liquefaction)是地震工程的一个术语,指土壤因地震的压密作用,造成原本在深层土壤的水份被挤压到表层,土壤颗粒间的有效应力下降为零,土壤失去剪应力强度,呈现如液态的状况。当地表承受不住地下水的压力时就会破裂[1]。
土壤液化主要出现在分布深度较浅,充满水的砂质土壤或粘土,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,而挤压孔隙水,导致空隙内水压升高,砂粒间的结合力减少或消失。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。液化时砂与水混和成如泥浆般的液体,使土壤失去支撑力,造成房屋倾斜、地层下陷、地下管线破裂或上浮[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、旧河道填土造屋、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。
定义
当土壤受到剪切应力时,其相互之间的有效应力趋于零,称为土壤液化[2]。有效应力指的是土壤颗粒之间的摩擦力。
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较薄的地面,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干爽结实,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渗透,逼迫沙粒分开,沙堆扩大。这时沙粒之间会形成一层水垫,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。
发生案例
- 1964年6月16日 新潟地震
- 信浓川河畔以及新潟机场等地发生。
- 1995年1月17日 兵库县南部地震(阪神大地震)
- 神戸市的港湾人工岛・六甲人工岛等地大量液化现象。
- 2004年10月23日 新潟县中越地震
- 小千谷市和长冈市、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 东北地方太平洋冲地震(东日本大震灾)
- 在关东地区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
2018年9月6日 北海道胆振东部地震
- 2011年 坎特伯雷地震
- 基督城内发生。
2016年高雄美浓地震,土壤液化造成台南市安南区溪顶里部分民宅倾倒。 以内政部土壤液化公布图,六都当中的密集都会区,以台中市最没有土壤液化风险。
参考资料
延伸阅读
外部链接
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