摘要:日本大概是從1964年的新瀉地震發生后,鋼筋混凝土結構的建筑物的倒塌,護岸以及提防的嚴重變形破壞,才認識到了震后引起的地基液狀化問題得重要性,從那之后液狀化現象開始引起了專家學者的注目。2011年3月11日發生的東北地方太平洋沖地震后,填海造地的廣泛區域都發生了不同程度的液化狀破壞,液化狀破壞問題一夜之間又成為日本百姓談論的一個重要話題。本文將簡單的討論一下關于震后引起的液狀化破壞問題。
關鍵詞:地震,液狀化,破壞
正文
液狀化問題是指,飽和的砂質地基的間隙水壓上升,有效應力下降,剪斷應力喪失,從而使得基礎變的液體化的現象。一般液狀化就是飽和的軟弱砂質土層在受到地震動的作用后喪失強度的土層變成如液體一般的狀態的現象。液狀化破壞是指沒有強度的砂質土層開始流動,導致噴砂、地下埋設物體上浮、地上一些大型建筑物下沉,這樣的現象叫做液狀化破壞現象。
那么引起液狀化的要因又是什么呢?
1. 軟弱砂質土層。
2. 飽和土層(比地下水位深度還要深)
3. 地震動的強度大,并且持續時間比較長。
一,建筑物的倒塌和下沉破壞
當比較大的地震引起液狀化時,一些建造在砂質地質上的鋼筋混凝土構造的建筑物容易發生下沉以及傾斜的破壞。 3·11日本大地震發生后,受災百姓在被訪是敘述了他們的所見:“地震發生時因為恐慌我們跑出了辦公樓,之后我們就親眼目睹了辦公樓緩慢的傾斜。”
在砂質地質區域建造鋼筋混凝土構造的建筑物,平時地震沒有發生的時候。構造物的荷重通過樁全部傳遞到了砂質地基上,這是地基是可以支撐的。但是當地震發生且引發液狀化問題的時候,砂于水分離,這是砂質地基就失去了支持上部構造物的能力,才會出現構造物移動,傾斜甚至是倒塌的破壞。
在新瀉地震之后專家學者一直在不斷地完善著建筑基礎構造設計的規范,以減輕液狀化被害為前提,進行試驗已經討論,以前能夠支撐構造物荷重的砂質地質區域非常的少,但現在通過人為的努力,能夠支撐樁基礎且不會發生液狀化的堅固地質區域較以前來看多了很多。圖所示為新瀉地震被害情況,如今已經有了很大程度上的改善。[1]
雖然隨著技術水平的提高,可以使大型構造物在地震發生時不再受到液狀化影響而傾斜或者更大程度上的破壞,但是在3·11大地震發生后我們仍舊可以看到有很多完好無損的大型構造周圍的公共設施還是由于液狀化受到嚴重破壞,例如地下埋設管道破裂導致區域停水停電或者天然氣無法供應,路面的噴砂、噴水、開裂導致路面凹凸不平交通中斷。
二,公路以及橋梁的破壞
公路作為汽車,自行車,摩托車行駛的工具,要求其平坦。地震所造成的公路的破壞有路面的龜裂和斷裂產生高度差,公路盛土崩壞,公路兩側的斜面有石頭落下甚至直接崩壞。
這些都會是公路的機能受到阻礙從而導致中斷。液狀化所產生的公路破壞有一下幾點:
1. 由于液狀化使得路面噴砂
公路路面一下的砂質基礎發生液狀化,公路路面噴出砂質及沙礫,是公路不得不中斷。
2. 由于液狀化使得路基和路面產生側方流動
3·11地震后一些路段發生向左或向右方向數米的移動。發生此類移動的路段和沒有發生移動的路段連接處一定會發生折斷破壞,交通從而中斷。
3. 橋梁基礎變形(坍塌)
砂質地質上建造的橋梁的基礎,通常樁基礎比較多,當地震發生,橋梁的基礎部分發生液狀化,則一直支持樁基礎橫方向的抵抗力變消失,基礎就會發生大的變形。當橋梁周圍的基礎發生大規模的側方流動時,橋梁基礎的壓力就會變大,則樁基礎的耐力提供不足,不僅會發生變形,而且會使得橋面坍塌。[2]
三,河川護堤的破壞
河川護堤,很多情況都是盛土構造,在經歷了幾次洪水之后隆起的土就成了天然的護堤,之后再在其上鋪上石塊和混凝土,使得護堤的強度增加。
護堤直下放及周圍的地質發生液狀化后,用土來建造的護堤失去支持力,被埋設在基礎中,護堤就成了一個“空殼”,洪水或者海嘯發生時,它將變的不堪一擊,便形成了第一次破壞。護堤的作用消失后,伴隨著洪水的流入,地質液狀化繼續蔓延,使得公路房屋以及公共設施造成損壞,這便是第二次破壞。
2011年東日本大地震中某河川護岸發生破壞,在事后調查研究中,發現“元兇”就是液狀化。一段幸免沒有發生大破壞的提防卻因為和它相連的提防發生了下沉而發生了斷裂。[3]
四,下水井的破壞
對于地下水管的維修養護是十分重要的,一定間隔就會設置一個下水道井。大地震發生的同時,發生液狀化的區域,都會發現有井隆起,超出地面的現象。
這是由于砂質地質區域的水壓上升,井的底部向上運動,周圍砂質地基發生液狀化,強度變的低下,井于其周圍的地質之間的摩擦力減小,就會浮上來。比起井上浮,井下所埋設的管道的斷裂破壞性更為嚴重。這將導致供水及排水受到阻礙,此后周圍居民吃水就會成為大問題。
由此我們可以看出,液狀化問題是一個非常棘手且有待解決的一個大問題。液狀化引發的種種破壞直接影響著人們的人生安全已經平日生活質量。
參考文獻
[1]關東地質調查協會,液化狀以及其對策 2012年9月15日,p178-184
[2]石原 研二,地震引發宅地盛土的殘留変形予測,1985年5月7日
[3]日本建筑學會,液狀化被害的基礎知識,2011年8月
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