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专家称委国地震建筑物受损元凶是土壤液化,什么原理?如何防止?

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土壤液化,看似很专业的一个词,你如果去海边或者河边踩过那种湿沙滩,脚往湿润的沙面上一踩一蹭,脚边立刻冒出水珠,整只脚会慢慢往下陷一点,这其实就是你亲手制造的微型土壤液化。

正常的土壤说白了,就是一堆砂砾颗粒挤在一起。

颗粒和颗粒之间互相卡着、摩擦着,能扛住剪切力,所以能撑住人,能撑住房子,踩上去硬邦邦的不会塌。

地震一来整个逻辑就全变了。



地层深处的地下水被剧烈的震动硬生生挤到表层,一点点填满砂砾之间的所有缝隙。

颗粒之间本来靠摩擦力死死咬在一起。

水一填满缝隙,摩擦力直接打骨折,土层的有效应力一路往下掉。

等到剪切应力彻底归零的那一刻。

土壤就不再是固体,变成了类似流体的状态,跟踩在流沙上没什么区别。

很多人会把它和泥浆搞混,其实两者完全不是一回事。

泥浆是水里掺着泥,是实打实的流体,能顺着坡到处流。

土壤液化是泥里饱含水,它不会大范围乱跑,但就是彻底失去了支撑力。

建在上面的房子不会被水流冲走。

只会跟着地基一起倾斜、下沉,结构慢慢被扯裂,最后要么歪成危房,要么直接垮塌。

公路遇上它下场更惨。

路基直接垮掉,路面裂成碎块,整条线路直接报废。

埋在地下的水管、电缆、地铁隧道就更不用说了。



相当于被泡在软泥里反复揉搓,没几样设施能完好无损。

按理说土壤液化不是每次地震都会冒出来,得凑齐好几个条件才能触发。

第一个条件看土质,得是松散的、没什么粘结力的砂土或者粉土才行。

黏糊糊的黏土就很难出现这种情况,颗粒本身粘成一团,水再挤也挤不开。

第二个条件是土壤得泡在水里,处于饱和状态,而且水还不容易排出去。

空隙里全是水,震动一来水没地方跑,只能顶着颗粒往开撑。

第三个就是得有足够强的地震。

小打小闹的震动挤不动地下水,得够大的力道才能把水压顶上去,把颗粒结构晃散架。

几乎所有大地震都会在局部出现不同程度的土壤液化。

但过去这些年也陆续发现了不少反常识的案例。

有的地方离震中很远,传递过来的震动能量其实不算强。



有的地方土层排水条件明明不错,照样出现了大面积液化。

最典型的就是2010年新西兰坎特伯雷的7.1级地震。

离震中很远的区域照样液化泛滥,当地大部分建筑和基础设施的损坏,账都要算在土壤液化头上。

后来有研究给出了对应的解释,哪怕是排水条件下,强度不高的震动也能推着土壤里的间隙水流动起来。

水流会在土层里形成压力差,从高压区往低压区不停窜动。

这股水流会顶着土壤颗粒走,一点点把颗粒之间的接触给顶开,照样能削弱土壤强度,触发液化。

说到这就得提一点土力学里最底层的逻辑。

很多人可能从来没听说过,沙子被剪切晃动的时候,体积是会变的。

松散的沙子越晃越密,孔隙变小,整体体积收缩。致密的沙子反而会越晃越松,孔隙变大,体积膨胀。

来回反复晃的话,沙子的体积会变大变小循环往复。但总体趋势基本都是越晃越密实。

还有一个非常关键的点:大体积的饱和砂土遇上突然的地震,基本都处于非排水状态。

说白了就是水根本来不及跑。



一栋楼的地基范围少说也有上百米见方。

地震就是几秒钟的事,土壤里的水渗流速度又慢,根本来不及排出去,只能闷在土层里承压。

地基给建筑的支撑力,其实是土壤颗粒的有效应力加上间隙水的压力,两者加起来总数不变。

震动让砂土有收缩的趋势,颗粒之间挨不上了,有效应力往下掉,水压力就往上涨。

水压力涨得越高,颗粒之间的摩擦力就越弱。

涨到临界值,有效应力归零,土壤就彻底液化成了液体。

干燥的砂土地震时其实没那么容易沉降。

一旦饱和了,就像给颗粒之间抹了层润滑油,一震就软成一滩。

房子本身就在左右晃得东倒西歪,脚下的地基再突然化成软泥。

这一套组合拳打下来,普通老房子根本扛不住。

回头看委内瑞拉这次的情况。



受灾最重的全在海岸线附近,刚好踩中了所有雷点。

咸水长期入侵导致土壤退化,本身土质就松散脆弱。

地下水位又高,土层常年泡在咸水里,饱和得不能再饱和。

再加上地震强度超出了当地老旧建筑的抗震设计上限。

多重不利因素叠满,近千栋房屋受损也就不奇怪了。

那这种情况就没办法防吗?

当然有,本质上只是成本和重视程度的问题。



最治本的方法当然是选址避开。

前期地质勘探摸清楚哪里是易液化土层,住宅、重要设施尽量绕开走。

但很多沿海城市本身就建在冲积平原上,遍地都是砂土,根本没得选。

那就只能在地基处理和建筑设计上下功夫。

最常用的手段是加固地基土体本身。



比如用振冲的方式把松散的砂土振密实,把孔隙压小,让它没那么容易被水撑开。

或者直接打深桩,把建筑的承重桩一直打到地下深处坚硬的土层上。

表层土就算液化了,也碰不到房子的核心地基,自然不会出事。

还有一种思路是给土层装人工排水通道。

地下埋上排水板或者排水管,地震一来水压升高,水顺着通道直接排走,压力卸了就掀不起风浪。

最后就是提升建筑本身的抗震容错能力。

用整体性更好的筏板基础,结构上留够变形余量,就算地基出现不均匀沉降,也不至于直接裂成危房。

我觉得最容易被忽略的一点是,绝大多数普通人买房的时候,从来不会关心脚下的土地安不安全。

大家盯着户型、学区、公摊,却对地基之下的地质风险一无所知。

很多沿海城市的老城区,早年建房的时候根本没考虑过土壤液化的问题。

没遇上强震相安无事,真遇上了,风险可能比想象中大得多。

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