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土壤液化

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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
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地震液化等。

定義[编辑]

當土壤受到剪切應力時,其相互之間的有效應力英语effective stress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[编辑]

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[编辑]

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[编辑]

阪神大地震时的土地液化
阪神大地震时的土地液化

日本[编辑]

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

阿苏火山口日语阿蘇カルデラ附近的黑川沿岸,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[编辑]

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[编辑]

2011年 坎特伯雷地震
基督城內發生。

台灣[编辑]

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[编辑]

  1. ^ 報告立委!土壤液化不是一指插下去
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 土壤液化成因、災害與復建- 中央地質調查所 (PDF). [2016-02-16]. (原始内容存档 (PDF)于2016-02-21). 
  3. ^ 国土交通省 関東地方整備局 企画部 広域計画課. 在日本東北太平洋地震關東地區的土壤液化現象實際調查結果. 防災. 国土交通省 関東地方整備局. [2012-02-05]. (原始内容存档于2011-12-27). 
  4. ^ 大成建設 船原英樹. 1.過去的地震與液化現象. 防災. 耐震性. 2012-03-14 [2016-02-21]. 
  5. ^ 平成 28 年熊本地震に関する報告書 (PDF). 東北大学 災害科学国際研究所. 2012年4月 [2020-02-23] (日语). 
  6. ^ 札幌東15丁目屯田通 要の市道 復旧いつに. 北海道新聞. 2018年9月16日. 

延伸閱讀[编辑]

  • 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

外部連結[编辑]