土壤液化

土壤液化是屬於地震災害中的一種,主要發生原因是地震的震動,導致土壤顆粒排列變得緊密,加大了地下水的孔隙水壓,使得土壤顆粒間的結合力減小,變成類似泥漿的狀態。最後可能噴出地表形成噴沙,或因為失去承載力量而造成建築物崩傾。

地層液化示意圖(龍騰)
地層液化示意圖(龍騰)

上圖是龍騰版基礎地球科學所用來說明地層(土壤)液化現象的圖;圖左顯示地震前排列較鬆散的土壤顆粒,並有地下水充填其中;圖右顯示地震後由於震動造成土壤顆粒排列得更為緊密,由於空隙減小,地下水因此造成孔隙水壓增加。於是土壤顆粒就有可能被水隔開,而降低了原本顆粒與顆粒之間的結合力(摩擦力),導致土壤呈現液態流動的特性,失去承載力量。

我覺得龍騰的圖只表示到土壤液化前面三分之二的作用,最後三分之一關於「土壤顆粒就有可能被水隔開」的部分就付之闕如,我覺得這樣對學生的理解來說有點缺漏。正好最近看到另一個版本的教科書有用到類似下面這張圖:

地層液化示意圖
土壤液化示意圖

圖右所表現出的就是「土壤顆粒就有可能被水隔開」現象,我覺得有這張圖會比較容易理解土壤液化的觀念。

後來我在地調所的網站找到一篇介紹土壤液化的文章:「土壤液化成因、災害與復建(陳銘鴻)」,比較詳細地解釋了土讓液化的過程,文章中也引用了一張蠻容易理解的圖:

地層液化示意圖
土壤液化示意圖

可以把磅秤以及應力值去除重繪,還蠻適合放在教科書中使用的。

最後根據陳銘鴻先生的文章內容,總結發生土壤液化的必要條件為:
1. 該地的土壤必須為鬆散的砂質土層(顆粒大小約0.1mm);
2. 地下水必須使土壤呈現飽和狀態,如果土壤間還有空氣(未飽和),則地震後空氣會被水趕走,而無法提高孔隙水壓;
3. 要有足夠規模的地震,才足以把土壤顆粒排列變得更緊密。

其實土壤液化這個主題,上課上到地震的時候都會講到。因為不是很常見的現象,所以每次講到也都很快帶過,沒有深入去瞭解。但是日積月累下來,總覺得每次講到這個主題都沒有認真解釋會很心虛,所以才下定決心要認真把這個觀念重新理解一次!

土壤液化實驗影片
http://conf.ncree.org.tw/about_cht.aspx?conf_id=Q0960929

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