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土壤液化(英語:Soil liquefaction)是地震工程的一個術語,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]。
土壤液化主要出現在分佈深度較淺,充滿水的砂質土壤或粘土,且其底部排水較差。通常在外力反覆震盪下(如地震),鬆散的土壤因受到壓縮,內部空隙減小,而擠壓孔隙水,導致空隙內水壓升高,砂粒間的結合力減少或消失。當水壓升高至超過土壤內承受的外部壓力時,加上水分不能從地底排出,就會產生土壤液化。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]。
最容易發生的液化的土壤是年代比較輕(如近一萬年的冰河時期)的細沙,或顆粒大小相當且排列整齊的泥土中,地層只有數尺厚,富含水分。這樣的地形通常可見於河岸、海岸、舊河道填土造屋、海埔新生地[2]或因風力而堆積而成的沙丘中。土壤液化的例子有流沙、流粘土、濁流和地震液化等。
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。
地震液化是城市地震危害的主要來源。震盪致使孔隙水的壓力增加,土壤的剪力強度降低,從而使沙粒的表面張力減小。如果地表剛好有一層較薄的地面,水壓會有可能帶着沙土噴出地面,這就是所謂的「噴沙」[2]。
流沙的成因是充滿水分的鬆軟泥沙,並受到外力的刺激。當水分被沙堆包圍不能泄去時,水和沙就形成了不能承受重量的液態土質。流沙可因靜態水、上湧水(如地下水)或地震等因素形成。在有上湧水的情況下,水的衝力抵消了重力,致使泥沙顆粒懸浮。在發生地震的情況下,震動會加大地表水的水壓,導致了砂石的液化及泥沙的堆積。這兩種情況,液化的地表失去了承重能力,導致地表坍塌或者地面建築物傾斜。
包含水分的沙土外表看可能乾爽結實,但如果壓力改變或受到突然震盪,泥沙顆粒之間的水向沙層上方滲透,逼迫沙粒分開,沙堆擴大。這時沙粒之間會形成一層水墊,形成流沙。陷入流沙的物體會下沉,直至於與流沙比重相當的深度,並因浮力懸浮於該深度。
2016年4月16日 熊本地震
2018年9月6日 北海道膽振東部地震
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佈圖,六都當中的密集都會區,以台中市最沒有土壤液化風險。
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