地震灾害的隐形杀手——砂土液化

破坏性地震发生时，我们常发现在灾害区出现“喷砂”、“冒水”、“地陷”、“裂隙”等现象。相比大家熟知的崩塌、滑坡和泥石流等灾害，这种容易被人们忽视的现象就是地震灾害发生时的隐形杀手----地震液化（俗称砂土液化）。

地震液化表面上只是出现喷砂冒水现象，但实际上它有可能导致堤岸滑塌、地面开裂下沉，进而破坏地面的公路、铁路、地面建筑和重大工程建设设施。

01

地震液化是怎么破坏地面建筑设施的？

地震液化是指，原本稳定的、以固体状为主的砂土层，在地震作用下转化为失稳的混合液体的行为和过程，导致砂土层的支撑力减小。

图1 地震前稳定的砂土层载荷示意图

地震前，地下水位以下的饱和砂土体承载着上面土层和建筑物的重量。这一重量大部分由砂土颗粒骨架像弹簧一样的承担，呈现稳定状态（图1）。

地震发生时，地壳内部巨大的能量在快速的释放过程中造成振动，在地壳内部和表层产生错动和破裂。地下水位以下的砂土，瞬间受到巨大地震力的强烈作用，砂土层中的孔隙水来不及排出，空隙压突然升高，致使原本稳定的砂土层的性质发生明显变化，表现出类似液体的特征。

这就好比原本稳定的地下支撑，突然之间变成可以四处流动的液体，地面建筑设施就像漂浮在水上的浮萍，这种破坏力也就不言而喻。

02

哪些地方最容易发生地震液化？

地震液化能产生巨大的破坏，但也不是每一次地震的元凶都是它。比如发生在基岩山区的地震，地震液化的危害就比较小，相反山崩、滑坡、泥石流这些灾害的破坏性就会占据主导地位。那么什么情况下，破坏性地震容易诱发地震液化呢？

我国的地质地形复杂，第四系松散的砂土沉积物约占全国面积的1/4。特别在我国的华北平原、关中地区、东北平原区和东南沿海地区，第四纪的松散砂土层厚度特别大。

此外，这些地区地势平坦，人类活动密集，这些地区都是潜在的地震液化灾害区，涉及北京、天津、西安、上海、唐山、沈阳、长春、黑龙江等多个重要城市和地区。

03

地震液化的犯罪证据

地震液化灾害直接影响人类的城镇建设和发展，如1966年的邢台地震、1975年的海城地震、1976年的唐山地震、2008年汶川地震、2011年新西兰地震和2018年印度尼西亚地震等几次大地震中，地震液化灾害在地震灾害中都充当着隐形杀手的角色。

2008年5月12日汶川8.0级地震虽然发生在龙门山断裂带山区，但它同时在地势平缓、第四纪松散堆积的多个河谷地区造成了地震液化。

强烈地震发生时，地下深处含水的砂土层强烈液化，强液化的砂层沿一定的通道向地表垂直流动或喷出，至地表后呈圆丘状，称之为“液化溢出丘”（图2）。同时在岷江河漫滩也出现地震液化，发生破坏河堤现象（图3）。

图2 汶川地震后形成的4个代表性地震液化溢出丘

图3 “5·12”汶川地震引发岷江河漫滩地震液化

2018年吉林松原5.7级地震虽然并未造成人员伤亡，然而在地震发生后，在震区的几处稻田地里出现了一些深坑，有的还不断地冒出泥浆和水，这令当地市民惴惴不安，有些害怕（图4）。

图4 2018年吉林松原5.7级地震后出现的地震液化

2011年2月22日新西兰发生的6.2级地震中，地震液化灾害最为显著（图5），新西兰第三大城市克赖斯特彻奇（简称“基督城”）在地震中受损严重，因部分城区出现土壤液化现象，地下水渗出，地盘变形，这些区域的建筑发生倾斜、下陷甚至倒塌，不宜继续使用。

图5 新西兰克赖斯特彻奇的地震液化

04

理性对待，防患于未然

对于地震液化这个隐形杀手，如果我们提前加以设防，还是可以有效地减少地震带给我们的经济和财产损失。

随着现代计算机技术的发展，我国乃至世界上多个国家或大城市都在进行三维地质填图工作。特别是近几年的城市地质调查工作——对地下空间开展的勘探活动，使我们获得了多个地区的地下地质结构（图6）。

如果我们能够识别出这些容易发生液化的砂土层所在深度、砂土层厚度和空间分布范围，那么在工程建设和城市发展规划时，就能够对这些易液化的砂土层采取对应的措施，从而降低地震液化的“犯罪”机会，减少破坏性地震带给我们的经济和财产损失。

图6 三维城市地质调查模型

本文链接：https://www.bjjcc.cn/kepu/24964.html，文章来源：科普之家，作者：防震减灾科普基地，版权归作者所有，如需转载请注明来源和作者，否则将追究法律责任！