土壤液化的成因与危害.doc

1、土壤液化的成因与危害 秦为胜据央视报道，日本北海道强震后出现土壤液化现象，何谓土壤液化？它是指在外力的作用下，原本是固态的土壤变成液态，或变成粘稠的流质。由于国土面积狭小、多火山灰土等原因，日本进行过土地填埋的地区并不少见， “土壤液化”成了日本遭遇强震时需要特别注意的情况，这次北海道 6.9 级强震就引发部分地区出现“ 土壤液化”现象。北海道强震引发的恐怖的土壤液化现象一、土壤液化现象产生原因土壤液化主要出现在分布深度较浅，饱和的疏松细砂、粉土质砂或粘土，且其底部排水较差。通常在外力反覆震荡下(如地震)，松散的土壤因受到压缩，内部空隙减小，导致空隙内水压升高，当水压升高至超过土壤内承受的外部

2、压力时，加上水分不能从地底排出，就会产生土壤液化。土壤液化主要发生在砂质土壤为主并且地下水位较高的区域，例如海岸地区、河水行经的冲积平原区或旧河道分布区等。这些区域常分布一些充满地下水而饱和的疏松砂土，由于它们本身的结构较弱，很容易因为外力而发生土壤结构的改变。喷沙现象土壤液化的重要指标在平时，地下水的压力与土壤层间的压力维持一个平衡状态，地下水与土壤层之间保持接口上的稳定，并不会侵入上面的土层。但是当地震发生受到应力的影响时，地下水的移动情形将大过砂土能将多余水分排出的速率。这时土体孔隙中的水压力，由于来不及消散而累积上升，并导致土壤剪力强度降低。当此情形继续演变，孔隙水压会增大到足以使土粒

3、在孔隙水中悬浮，这时土层颗粒的承载力顿时会被水给取代，土壤结构内部会变成像液体一样可以流动的情形，最终导致整个地盘失去承载力并且大量变形。此时若砂土层液化的位置较浅，或者地表分布疏松的孔隙，泥水还可借着压力沿着裂隙喷发到地表，形成喷砂的现象。这是地面上判别土壤液化十分重要的指标。二、土壤液化现象主要表现形式1964 年 6 月 16 日 13 时，在日本新潟县粟岛南方近海 40km 发生 7.5 级的新潟大地震。这是日本与世界地震史上第一个以严重土壤液化灾害闻名的地震。新潟市位于信浓川下游出海口(日本海一侧)的近代沖积平原，沖积土层深厚，地表浅层有极疏松之砂土层，有些地方砂土层深达 10m 以

4、上，大部分地区地下水位约在地表下 1m 深度。在地震作用下，新潟市发生严重 土壤液化现象，包括喷砂、喷水、地层下陷、建筑物沉陷与倾斜、地下室上浮、桥墩下沉与落桥、地下管线破损，以及港湾与机场损害。最容易发生的液化的土壤是年代比较轻(冰河时期，近一万年)的细沙，或颗粒相当且排列整齐的泥土中，地层只有数尺厚，富含水分。这样的地形通常可以在河岸、海岸或因风力而堆积而成的沙丘中找到。土壤液化常表现为地震液化、流沙、流粘土、浊流等几种类型，1、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干薄的地面，水压会有可能带着沙

5、土喷出地面，这就是所谓的“喷沙”现象，日本多火山堆积物，土质疏松，进行建筑开发时，地基本身不牢是一个重要原因，夏季降雨集中导致地下水增多、地下水位升高，是导致土壤液化的另一个重要因素，在强地震反覆震荡外力作用下，松散的土壤因受到压缩，内部空隙减小，导致空隙内水压升高，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。2、流沙、流粘土、浊流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

6、。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去有可能是干爽结实的，但是如果压力改变或是受到突然的震荡，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，直至与流沙比重相当的深度，并因浮力悬浮于该深度。土壤液化导致汽车下陷三、土壤液化的主要危害土壤液化会降低土地承载能力，会使得建筑结构物沉陷与倾斜，甚至翻倒。新潟地震时新潟市受损的钢筋混凝土结构物约为 340 栋，其中 2/3 的受损建筑物之承重结构并未受损，只

7、是建筑物整体下沉或倾斜。正因为大部分建筑物是因土壤液化而损害，结构梁柱并未断裂，因此当时未闻有土壤液化损害建筑物造成人员死亡的报导，使得如此大规模的地震，仅有 26 人死亡，被称为奇迹。土壤液化发生的区域容易造成地上建筑物、汽车的倾斜、下陷、结构性损坏、甚至倒塌的情形。札幌市清田区是这次北海道发生地震之后土壤液化现象最严重的地区，楼房和车辆陷入沼泽一样的土地中。这块地区本来地势低洼，经过土地填埋之后，到达现在的高度。而经过填埋的土地在地震之后比较容易发生土壤液化现象。经过地质调查容易发生土壤液化的区域是不宜进行建筑开发的。札幌市清田区土壤液化导致楼房和车辆陷入沼泽中土壤液化还可能对地下管线造成

8、重大损害，而引起极严重的二次灾害。新潟地震时，昭和石油新潟制油所之油槽与 33 号配管因地震与土壤液化受损，泄漏的石油伴随土壤液化的涌水与海啸淹进来的海水扩散，于地震后 5 个小时开始爆炸燃烧，火苗随着水上浮油向四周漫延，波及周遭的油槽，诱爆向上出现巨大的火焰，扩大火灾之灾情，火灾燃烧持续 12 日之久，火灾烧毁周边民宅、建筑物 347 栋、造成 1407 人死亡，当时被称为史上最大最严重的火灾，并认为此油槽火灾是由土壤液化所引起。目前，北海道地震导致札幌市有两个区的土壤液化现象非常严重，有关部门对 500 多栋房屋进行了调查，其中有危险或者需要注意的房屋总共有 160 多栋，其他区域也存在一

9、定程度土壤液化现象。现在，像清田区这样的地方还在进行最初的清理工作，而且会长期停水。在发生地震的区域，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，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。土壤液化现象对房屋建筑的破坏作用土壤液化现象对道路的破坏作用台南市地震引发全市多处土地液化，有民宅下陷 1.5 米，多栋房屋因而倾倒或下陷。专家表示此次土地液化规模是 921 大地震以来最大。此次地震所引发的土地液化，台南市区多处都可见液化迹象，尤其是倒塌的维冠大楼附近还出现明显的液化喷砂，看起来像是一座座小型火山。土地液化是否和大楼倒塌有关，还要进一步鉴定。专家指出，液化地区不是不能够住人，但建筑结构与土地必须要做改良及补强。