土壤液化

土壤液化(英語:Soil liquefaction)是地震工程的一個術語,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]

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

土壤液化主要出現在分佈深度較淺,充滿水的砂質土壤粘土,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英語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

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

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。

發生案例

 
阪神大地震時的土地液化

日本

 
2011年日本東北地方太平洋近海地震的土壤液化現象(東京都新木場
 
2011年日本東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發生。
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
小千谷市長岡市與板町柏崎市等地建於水田和湖泊上方的樓房地基發生土地液化。
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市町村發生土地液化現象[3][4]

2016年4月16日 熊本地震

阿蘇火山口日語阿蘇カルデラ附近的黑川沿岸,地震引發的大規模地殼移動導致土地液狀化發生[5]

2018年9月6日 北海道膽振東部地震

札幌市清田區里塚,北廣島市大曲並木地區等發生土地液化。此外,札幌市東區東15丁目屯田通的部分路段(札幌市營地下鐵東豐線榮町-環狀通東段及北側的道路)約4km區間地鐵上方道路發生陷落、液化等現象[6]

美洲

1906年 三藩市大地震
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
 
三藩市市濱海地區。洛馬.普雷塔地震發生時的步道液化損害情況

新西蘭

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。

參考資料

  1. ^ 報告立委!土壤液化不是一指插下去. [2016-02-15]. (原始內容存檔於2016-02-24). 
  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]. (原始內容存檔 (PDF)於2016-02-21). 
  3. ^ 國土交通省 関東地方整備局 企畫部 広域計畫課. 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. 國土交通省 関東地方整備局. [2012-02-05]. (原始內容存檔於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]. (原始內容存檔於2021-05-15). 
  5. ^ 平成 28 年熊本地震に関する報告書 (PDF). 東北大學 災害科學國際研究所. 2012年4月 [2020-02-23]. (原始內容 (PDF)存檔於2021-11-10) (日語). 
  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

  • 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頁面存檔備份,存於互聯網檔案館

外部連結