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当地面坍塌

类别:液化|准备、风险和危害

2008年9月24日

每个人在沙滩上嬉戏时可能都做过这样的事:双脚站在潮湿的沙滩上,快速上下移动几次,但不抬脚。过了一会儿,地面塌陷了。你会陷进沙子里几英寸,甚至会失去平衡。你刚刚模拟了地震波可能对建筑物产生的最危险的影响之一:土壤液化。

图1:液化引起的泥浆沸腾(来自加州大学伯克利分校地震工程研究中心Karl V. Steinbrugge收藏)。

图1:液化引起的泥浆沸腾(来自加州大学伯克利分校地震工程研究中心Karl V. Steinbrugge收藏)。(点击查看大图)

坚硬到足以让你在上面行走的土壤,怎么能因为一点点震动就失去它的强度和刚度呢?秘密在于土壤里的水。液化仅发生在单个砂粒之间的空间完全充满水的土壤中。这种土壤被称为“水饱和”。水对粒子施加压力,从而决定了粒子的紧密程度。地震前,水的压力是低的和静态的。然而,在动态震动过程中,水的压力会大大增加,以至于颗粒可以自由地相互移动。一旦发生这种情况,土壤就失去了它的强度,成为一种粘稠、滑的液体。

图2:1964年日本新泻地震造成的液化导致建筑倾斜(来自加州大学伯克利分校地震工程研究中心Karl V. Steinbrugge收藏)。

图2:1964年日本新泻地震造成的液化导致建筑倾斜(来自加州大学伯克利分校地震工程研究中心Karl V. Steinbrugge收藏)。(点击查看大图)

“沙疖”是这种液化的相对无害的后果;它们看起来像小泥火山(图1)。土壤内部的超压导致沙子像熔岩一样从火山口喷出。然而,当建筑下面的土壤发生液化时,它可能会沉入土壤中,就像你在海滩上做实验时的双脚一样。大楼甚至可能翻倒。

地震学家第一次充分认识到土壤液化的破坏性影响是在1964年。地震时在日本新泻下几个公寓陷入地面,结束了,因为他们建造的水饱和土壤液化(图2)。湾区绝不是免疫液化,因为许多低洼地区的建筑是建立在土壤与水饱和的海湾。液化可能发生在图3中所有棕色和黄色区域。海湾地区政府协会(ABAG)出版了一本关于我们地区液化危害的详细资料的小册子。

图3:旧金山湾区液化易感性图(由美国地质调查局提供)

图3:旧金山湾区液化易感性分析图(由美国地质调查局提供)。(点击查看大图)