沙土液化

地震時，由於瞬間突然受到巨大地震力的強烈作用，砂土層中的孔隙水來不及排出，孔隙壓突然升高，致使砂土層突然呈現出液態的物理形狀，導致地基承載力大大下降，使地面建築物在形成的流砂中下沉，產生極大的破壞。一般認為，地震時的噴砂冒水現象，也是埋在地下的砂土層產生液化的結果。

談一談地震後砂土液化對高層建築的危害。以北京為例，北京地區地處華北板塊的東部，緊靠郯廬大斷裂，受太平洋板塊俯衝的影響，是地震的活躍區。由於北京的建築大部分建在古老的永定河沖積扇上，具有地震砂土液化的物質條件。地震災害發生後，對於建築物的破壞力最大的要素是砂土液化後造成的地基下沉和房屋開裂及倒塌。當前京加快了城市建設並向周邊地區發展，建築羣向多元化發展，在局部地區高層建築越建越多，越建越高，加重了土地的承載負擔。在新形勢下，從環境保護和防災減災角度上看，城建規劃中有必要研究地震砂土液化區的分佈，為城市建設安全性提供可靠的科學依據。地震係一種地球動力作用的表現，它引起瞬時的災變事件。現代地震發生時，除表現為房屋倒塌，破壞道路，引起火災等一系列災難外，還在沉積物中引起現代砂土液化（即噴沙冒水），地面開裂（地裂縫）等。

當代有三類專家關心地震問題：

1）地震學家注意力集中在地震預報（遠期，近期及臨震）；

2）地震地質學家把注意力集中在地震發生的構造背景上，為地震預報提供儘可能詳細的地質背景資料；

3）建築學家只注意建築物內部結構的抗震性能。

只有生態環境地質學家更加關注建築物下的沙土因液化而產生流動，造成建築物倒塌的嚴重問題。由於在地震震中周圍一定距離內，沉積物極易產生地震液化，對現代的城市建築設施破壞極大，沙土液化問題與地震裂度一樣直接關係到人民生命和財產安全，應該引起越來越多人的關注。

沙土液化對北京城市建設的影響：古老北京城建在湖泊眾多及古永定河沖積扇的濕地上，建築物極少高大房屋，而大多是木架結構完備為主的四合院，抗震能力極強。但是，隨着解放後城市建設的發展，古老北京發生巨大的變化。樓房多了，樓層高了，對地面的靜壓力增大了數千倍。由於北京地處強震區，一旦具備上述的地震沙土液化條件，地基將發生不均勻下沉，其地面上的高層建築將可能會發生傾斜甚至倒塌。為此，建議有關部門，加強生態環境地質的研究，加速地震激發沙土液化的科學研究，和可能出現沙土液化現象的區域劃定的研究。制定城市建設規劃與生態環境地質相關聯的有關法規政策。當然也要加快研究高層建築對沙土液化區的規避原則和防範措施。以確保人民的生命財產之安全。

這是沙土液化最明顯的宏觀標誌，它和受壓的液體一樣，液化沙土在上部土層的壓力下，會從覆蓋薄弱的地方冒出地面，噴砂冒水嚴重的地方。大片農田和莊稼被淹埋，渠道，水井被淤。

河遭和公路，鐵路的邊溝覆蓋層比較薄弱，這裏的砂層更易發生液化，由於有臨空面存在，往往造成河崇，堤坎，路牀產生沉陷，裂縫和滑塌，並使橋樑或其它設施產生嚴重破壞。

液化的沙土往往從地裂縫噴到地面上來，另一方面，沙土液化也往往會加劇地面開裂，並且液化的砂層在重新沉積之加劇上部結構破壞。

現代強地震引起的沙土液化是很普遍的現象。如：1966年邢台地震；1975年營口一海城地震；1976年唐山地震均引起大範圍的地下沙土液化。尤其1976年7月28日於河北省唐山地區發生的兩次災難性強地震，震後數分鐘大面積地區沙土液化，開始噴水冒沙達數小時，引起地表開裂與下沉，最終使建築物成片倒塌。沙土液化機理：飽和鬆散的沙土是由沙和水組成的複合體系。砂粒靠粒問摩擦力維持其本身的穩定並承受壓力。水的突出的力學性質是體積不能壓縮，能承受極部附近）

地震沙土液化表明，沙土在地震震動下是否產生液化，與土壤類型，狀態有密切關係。劉穎等總結國內外資料給出了現代液化土的某些特性指標界限值，即可液化土平均粒徑在0.02一lmm之間；土的不均勻係數不大於10；土的相對密度不大於75%。土的塑性指標不大於10。將我國1955年以前近900年間歷次地震噴水冒沙資料與當時距震中距離以及震級的關係編製成圖，得出的結論是：

1）隨地震震級的加大，發生液化的範圍也越大，如7級地震時液化範圍達lOOkm，當震級為8級時液化範圍達200km；

2）地震震級小於5級則未發現液化現象。因此沙土液化是強地震的產物。

1）距震中的一定距離，震級大於5級；

2）地震區有未固結的具飽和水的沙土層；

3）沙土粒徑0.021一lmm之間；

4）最大液化深度可達20m。

沙土液化發生在地下，是和一定的地質條件緊密聯繫在一起的，在一定的地震作用和地質背景下，能否發生液化，規模大小，震害輕重，都和土的類型，狀態有密切關係。大量事例證明，噴砂冒水嚴重的地區，地下水位一般都比較淺，很少超過3米。根據有關資料，地下水位深度為3一4米時，噴砂冒水現象就很少了，地下水位超過5米時，未見到噴砂冒水事例。所以，似乎不妨把液化最大的地下水位深度定為5米。

當然在同樣條件下，飽和，鬆散，潔淨，均勻的粉細砂最容易液化。在考慮液化問題時，先要明確烈度，然後根據場地的勘察資料，明確在可能發生液化的深度範圍內是否存在可液化的土型（由粗沙到輕亞粘土）。如果存在這種土型，就要根據試驗資料檢查這種土的分類指標是否在上述限界值範圍之內，最後還要研究這層土和地下水的埋藏條件，如果土層和地下水位的埋深都在上述的範圍之內，這就意味着給定的場地存在沙土液化問題。