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什麼是土壤液化?
「 土壤液化 」主要是受到「 砂質土壤 」和「 高地下水位 」結合所影響！
土壤液化是一種在地震或強烈振動作用下，飽和砂土或其他疏鬆土壤的結構發生改變的現象。當土壤中水分飽和且土粒間的摩擦力不足時，地震的強烈振動使土壤的顆粒間水分的壓力增大，導致土壤的顆粒失去接觸，從而變得像液體一樣，這種現象稱為土壤液化。
造成土讓液化有哪些原因?
土壤液化的主要原因通常與地震或強烈振動有關，但具體原因涉及多個因素，包括土壤特性、地下水位、震動強度等。以下是一些可能導致土壤液化的原因：
1. 地震或強烈振動
- 地震是造成土壤液化的最主要原因。當地震發生時，地震波會使土壤顆粒產生振動，這會引起土壤中的水分壓力增大，並減少土顆粒之間的摩擦力。當水壓達到一定程度時，土壤顆粒會失去互相支撐，導致土壤變得像液體一樣。
- 強烈的地震振動會加劇這種情況，尤其是當地震震中靠近土壤液化區域時。
2. 地下水位高
- 土壤液化多發生於地下水位較高的區域，尤其是飽和砂土或鬆散的砂層中。地下水的存在會讓土壤顆粒之間產生水力壓力，使得土壤顆粒的摩擦力降低。
- 當強烈的震動發生時，水的壓力會進一步增加，造成顆粒之間的接觸不再穩固，從而引發液化現象。
3. 土壤類型
- 土壤液化通常發生在粒徑較小的砂土或疏鬆的土壤中。這些土壤顆粒之間的間隙較大，且土粒間的摩擦力較弱，因此更容易在震動作用下發生液化。
- 相較之下，緻密的土壤（如黏土）不容易液化，因為其顆粒間的摩擦力較強，能夠抵抗水壓的影響。
4. 土壤密實度低
- 當土壤密實度較低時，顆粒之間的空隙較大，容易儲存水分，在外力（如地震）作用下，土壤中的水壓可能導致顆粒間的支撐力消失，進而發生液化現象。
- 土壤的密實度和顆粒形狀也會影響其液化的風險。顆粒較小且形狀不規則的土壤容易發生液化。
5. 震源深度與震動強度
- 地震的震源深度和震動強度也是決定土壤液化的重要因素。淺源地震（震源距地表較近）通常會產生強烈的振動，對近地表的土壤造成較大的影響，從而增加液化的風險。
- 強烈的震動（如震中地區）能夠激發土壤的液化過程，特別是在水飽和的砂土中。
6. 建築物和地面結構的荷載
- 建築物和其他重型結構的存在可能會增加土壤的負荷。在強烈的地震中，這些建築物可能使土壤更容易產生液化，特別是如果它們位於容易液化的區域。
- 這種情況下，建築物的重壓可能進一步加劇土壤液化的影響，造成基礎設施的倒塌或位移。
台灣土壤液化的真實案例
1. 1999年集集地震（921大地震）
- 發生時間：1999年9月21日
- 震中位置：位於台中市集集鎮及其周邊區域
- 液化現象：921大地震是台灣歷史上最強烈的地震之一，震中位於集集地區。在這次地震中，台中市和南投縣的某些地區發生了嚴重的土壤液化現象。尤其在沙土和水飽和的區域，液化現象非常明顯，造成了土壤沉降、道路破壞及建築物基礎失穩。液化的區域多出現了地面隆起、土壤流動、建築物傾斜甚至倒塌等情況。
- 案例：例如在南投縣魚池鄉和集集鎮的某些地區，液化造成道路、橋樑、房屋基礎的損壞，甚至有些地方的土壤表面出現了水噴發現象（類似噴泉），這是液化的典型指標之一。
2. 2016年高雄鹽埕區液化案例
- 發生時間：2016年2月6日
- 震中位置：高雄市美濃區，震中距離鹽埕區約30公里
- 液化現象：雖然此次地震的震中距鹽埕區有一定距離，但該區部分低窪地區和沙質土壤也發生了液化現象。鹽埕區因地處低窪且多為疏鬆的沙土，加上該地區地下水位較高，這些條件在地震震動的作用下，促使部分區域出現了液化現象。液化後的土壤無法支撐建築物，造成了數棟房屋基礎不穩，部分建築物發生傾斜。
- 案例：例如，該區的部分道路出現了裂縫，甚至有水泥路面翹起，顯示土壤層發生了流動性改變。
3. 2018年花蓮地震
- 發生時間：2018年2月6日
- 震中位置：花蓮縣東北海域，距花蓮市約20公里
- 液化現象：這次規模6.4的地震震中靠近花蓮，地震引發了一些區域的土壤液化現象。尤其在花蓮市的某些沙土和沙質土壤區域，因地下水位較高，震後發現局部道路出現了裂縫和不規則的沉降。儘管液化的範圍不如921大地震那麼廣泛，但仍造成了一些建築物的基礎損壞和道路結構的破壞。
- 案例：在這次地震中，有些區域出現了由液化引發的建築物傾斜、地面沉降等現象。
4. 台南安南區液化現象
- 發生時間：主要發生在過去幾次地震中，尤其在南部的台南市安南區。
- 液化現象：台南安南區地勢較低，且該地的地下水位較高，加上土壤以砂土為主，因此在一些地震中也會出現土壤液化的現象。這些區域的液化現象可能導致道路、住宅等基礎設施的受損，尤其是在震動強烈的時候。安南區的液化現象通常與強震（如921大地震）相關，造成土壤結構的改變，並影響建築物穩定性。
5. 屏東高樹液化案例（2016年高雄地震）
- 發生時間：2016年2月6日
- 震中位置：高雄市美濃區
- 液化現象：儘管震中位於高雄市美濃區，但屏東縣的部分區域也經歷了液化現象，特別是高樹鄉。由於這些區域土壤為砂質，並且地下水位較高，地震引發的震動造成了液化，並導致部分道路及農田出現了沉降或隆起。
避免土壤液化的措施防範有哪些?
土壤液化是一種由地震或強烈振動引起的現象，對建築物和基礎設施的穩定性會造成嚴重影響。儘管無法完全消除土壤液化的風險，但可以採取一系列措施來減少或避免液化現象帶來的損害。以下是一些常見的防範和減緩土壤液化的策略：
1. 土壤改良與加固
- 密實化土壤：可以通過壓實或其他方式增加土壤的密實度，使土壤顆粒之間的摩擦力增加，從而減少液化的風險。這可以通過機械壓實、震動壓實等方式實現。
- 地基改良：在液化易發區，常見的土壤改良方法包括灌漿加固。通過在土層中注入水泥、石灰或其他化學材料來改善土壤的穩定性，增強其抗液化的能力。
- 深基礎施工：對於液化風險較高的區域，可以使用深基礎，如灌注樁或預製樁，將結構的負荷傳遞到深層穩定土壤，避開可能液化的土層。
- 岩土增強：使用加筋技術（例如，鋼筋、纖維等）來加固土壤結構，提高土壤的承載力。
2. 控制地下水位
- 降低地下水位：土壤液化發生的條件之一是水飽和土壤，因此，降低地下水位可以有效減少土壤液化的風險。在某些地區，可以通過排水系統（例如，地下水排水井、排水溝等）來控制地下水位。
- 保持適當排水：設計有效的排水系統，有助於減少地下水的積聚，從而降低液化的風險。這在液化易發區尤為重要。
3. 選擇適合的建設用地
- 避開液化風險區域：在選擇建設用地時，應避免選擇已知的液化易發區，尤其是那些土壤為疏鬆砂土且地下水位較高的區域。在設計和規劃階段，可以使用液化潛勢圖來識別潛在的風險區域。
- 改善現有建築物的基礎：如果現有建築位於液化風險區，可以進行基礎加固。例如，對老舊建築進行基礎加固，並設置抗液化結構設施，增強建築物的穩定性。
4. 地震防範與加強建築設計
- 抗震設計：地震的強烈震動是引發土壤液化的主要因素之一，因此，加強建築物的抗震設計可以有效減少液化帶來的損害。這包括使用柔性結構、抗震支撐系統和地震減震器等措施。
- 減少建築物荷載：減少建築物的總荷載，避免超過地基的承載能力。這有助於減輕土壤在震動過程中的沉降或位移。
5. 實施監測與風險評估
- 液化潛勢評估：在規劃建設項目之前，進行詳細的土壤液化風險評估。這通常包括地質勘查、土壤測試、地下水位測量等工作，以確定該地區的液化風險。
- 液化監測：對於已經建設的地區，可以安裝液化監測系統，實時監測土壤的液化情況，尤其在地震活動較頻繁的區域。這有助於及早發現液化風險並做出應對。
6. 土地使用管制與規劃
- 土地用途管制：對於液化潛勢較高的區域，應進行土地用途規劃和管制。可以限制建築物的高度、結構類型或用途，減少液化對人員和財產造成的損害。
- 提升公共安全意識：加強對液化風險的認識，尤其是在地震多發地區，對當地居民、建築商及政府部門進行相關教育和訓練，提升防災能力。
7. 改進工程技術和方法
- 動態土壤試驗與模擬：使用現代的動態土壤試驗技術來模擬不同地震條件下土壤的行為，並基於這些試驗結果來設計更有效的抗液化方案。
- 使用現代建材：選擇適合地震區域的建材，如抗震鋼筋、加強型混凝土等，來確保建築物能夠在震後維持穩定，減少液化帶來的危害。
如何查詢土壤液化分區?
查詢土壤液化分區通常可以通過政府機構、學術研究機構和地震專業部門提供的公開資料來進行。以下是幾個常見的方法和資源，幫助你查詢台灣的土壤液化分區資料：
1. 政府機構與相關單位的資料庫
台灣的相關政府機構，如地質調查所、國土規劃機構等，會提供土壤液化分區的圖資，這些資料通常會公開發佈以供民眾查詢。
- 中央地質調查所：台灣的中央地質調查所負責提供有關土壤液化潛勢的資料。該機構有針對全台各地區進行液化潛勢分析，並發布相關報告和地圖，這些資料可以通過其官方網站查詢。
- 網站連結：中央地質調查所
- 台灣土壤液化潛勢圖：台灣土壤液化潛勢圖是由相關政府部門（如中央地質調查所）進行編製的，這些圖像顯示了各地區的液化潛勢，標示出哪些區域容易發生土壤液化。這些資料通常會被納入地質調查報告和地方政府的建設規劃中。
2. 當地政府及規劃單位
- 各地方政府的建設或都市規劃部門通常會依據地震風險和土壤液化潛勢進行規劃和管理，並發佈區域的液化潛勢資料。你可以查詢當地的建設、環境或災防部門，查看是否有相關的液化分區圖和報告。
- 例如，高雄市、台中市、台北市等地方政府會在其網站上提供與災害防治和土壤液化相關的資料，尤其是針對地震多發區的液化風險。
3. 學術研究與專業報告
- 相關的學術機構、研究單位（如台灣大學、成功大學等）經常會進行土壤液化的研究，並且這些研究結果會發表在學術期刊或報告中，對應的液化分區資料也會包含在這些研究中。
- 你可以查閱這些研究成果，或者直接聯繫學術機構以獲取具體的液化分區資料。
4. 液化潛勢圖查詢平台
- 部分網站和平台提供可視化的土壤液化潛勢圖，你可以根據自己的位置來查詢。例如，某些地質或工程公司會提供線上的地圖查詢功能，讓使用者可以輸入地點並查看該地區的液化潛勢。
5. 地震研究機構與網站
- 美國地質調查局 (USGS) 等國際機構也會針對土壤液化進行研究，並發布全球或特定地區的液化風險數據。雖然主要集中於其他地區，但可以提供有關地震活動對土壤液化影響的資料與方法。
- 台灣地震中心 或 台灣地震工程學會 等機構也有關於土壤液化的研究資料，並可能提供相關地圖和風險區域的資料。
6. 數位地理資訊系統 (GIS)
- 目前，很多地方政府和科研機構會將土壤液化分區的資料納入地理資訊系統（GIS），提供互動式查詢和分析功能。你可以使用這些GIS平台，輸入特定的區域或座標來查詢土壤液化潛勢區。
- 台灣的部分地理資訊平台（如 台灣地理資訊網站）可以提供這類服務。
7. 其他網站與工具
- 一些網站或應用程式（例如建築設計、土木工程、地質勘查公司提供的工具）也有提供液化潛勢圖或相關分析報告，通常需要通過專業服務進行查詢。
查詢步驟：
- 進入中央地質調查所網站或當地政府部門網站，查找有關土壤液化潛勢的報告或資料。
- 查閱相關的土壤液化潛勢圖，這些圖表通常會標示出液化風險較高的區域。
- 如果有GIS查詢平台，直接輸入你的區域（如城市名、區名、地址等），查看液化潛勢。
- 如有需要，聯繫相關機構或公司，請求提供詳細的液化分區資料和報告。
總結
土壤液化在台灣的地震中並不罕見，尤其是在地下水位較高、土壤鬆散的區域。每次地震，根據震源深度、強度和震中距離的不同，液化現象的範圍和嚴重程度也有所不同。台灣的各個地區，特別是台中、南投、花蓮和屏東等地，曾經經歷過由地震引發的土壤液化，這些案例提醒我們在地震多發區域對土壤液化風險進行評估和防範是非常重要的。
雖然完全避免土壤液化是難以實現的，但透過上述措施的綜合應用，能夠顯著降低液化風險並減少其對建築物及基礎設施的影響。土壤改良、地下水控制、抗震設計和科學的風險評估與監測都是有效的防範手段，能夠提高建築物的穩定性並減輕地震帶來的災害。
