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科教长廊 中国国土资源报/ 2002年/ 07月/ 29日/第003版/ 关注地震沙土液化问题 高林志 乔秀夫作者单位中国地质科学院地质所 地震灾害发生后,对于建筑物破坏力最大 的要素是沙土液化,它造成地基下沉和房屋开 裂及倒塌。现代强地震引起的沙土液化是很普 遍的现象,如1966年邢台地震、1975年海城地 震、1976年唐山地震,均引起大范围的地下沙 土液化。因此,加强地震沙土液化的研究具有 十分重要的意义。 地震为什么会引起沙土液化我们知道, 饱和松散的沙土是由沙和水组成的复合体系。 沙粒靠粒间摩擦力维持其本身的稳定并承受压 力;而水突出的力学性质是体积不能压缩,能承 担极大压力而改变形状流动 , 但不能承受剪 切力。 地震之前沙土层所受的外力全部由沙骨架 所承担,沙层是稳定的。强地震时,地震振动引 起剪切力促使沙粒滑动而改变排列状态,应力 由沙骨架转移至水,引起超孔隙水压力。当全 部应力转移至孔隙水后,超孔隙水压力等于饱 和沙所承受的总应力,在水平的沙层中便产生 了液化,这时沙本身的重量也加到水上,沙与水 浑然一体形成了悬液,产生喷沙冒水现象,地面 之下形成一系列喷沙孔道。地震过后,超孔隙 压力消失,地面出现下沉,随之产生地裂缝与断 层,从而使地面建筑物开始大面积地倒塌和开 裂。 沙土在地震振动下是否产生液化,与土壤 类型、 状态有密切关系。刘颖等人在总结国内 外资料后,提出了现代液化土地的某些特性指 标界限值。即可液化土平均粒径在0. 02毫米 ～1毫米之间;土的不均匀系数不大于10 ;土的 相对密度不大于75 ;土的塑性指标不大于 10。 将我国1955年以前近900年间,历次地震 喷水冒沙资料与当时距震中距离以及震级的关 系进行对比,可以看出,随着地震震级的加大, 发生液化的范围也越大。如,7级地震时,液化 范围达100公里;当震级为8级时,液化范围达 200公里;地震震级小于5级,则未发现液化现 象。因此,沙土液化是强地震的产物。 由此,科学家们总结出地震沙土液化的条 件是距震中的一定距离,震级大于5级;地震 区有未固结的具饱和水的沙土层;沙土粒径在 0. 02毫米～1毫米之间;最大液化深度可达20 米。 沙土液化对城市建设的影响是值得重视 的。以北京为例,北京建在湖泊众多及古永定 河冲积扇的湿地上,具有地震沙土液化的条件。 古老的北京建筑物极少高大房屋,大多是以木 架结构为主的四合院,抗震能力极强。但是,随 着城市建设的发展,北京发生了巨大的变化,楼 房多了,楼层高了,对地面的静压力增大了数千 倍,一旦条件具备,地基将发生不均匀下沉,其 地面上的高层建筑将会发生倾斜和倒塌。 为此,我们应该加速对地震激发沙土液化 的科学研究和可能出现沙土液化现象的区域划 定研究,制定城市建设规划与生态环境地质相 关联的有关法规政策,特别是要加快研究高层 建筑对沙土液化区的规避原则和防范措施,以 确保城市安全。