土壤液化
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 编辑
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 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 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 编辑
日本 编辑
- 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
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
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
- ^ . [2016-02-15]. （原始内容存档于2016-02-24）.
- ^ 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 (PDF)于2016-02-21）.
- ^ 国土交通省 関東地方整備局 企画部 広域計画課. . 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）.
- ^ 大成建設 船原英樹. . 防災. 耐震性. 2012-03-14 [2016-02-21]. （原始内容存档于2021-05-15）.
- ^ (PDF). 東北大学 災害科学国際研究所. 2012年4月 [2020-02-23]. （原始内容 (PDF)存档于2021-11-10） （日语）.
- ^ 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 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
外部連結 编辑
| 维基共享资源上的相关多媒体资源：土壤液化 |
- 台灣土壤液化潛勢查詢系統 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- YouTube上的日本311地震時千葉縣幕張地區土壤液化現象
- YouTube上的Liquefaction process