地震的时候,街道有时会出现一种奇怪的现象——路面不停地上升隆起然后下降,仿佛在波动起伏的混凝土下方,有一头巨大的野兽正在大口呼吸着。这些看似在呼吸的地面,其实是土壤液化的结果。这种现象在我国、墨西哥、日本等地发生地震时都曾出现过。去年12月,我国甘肃发生了6.2级地震,地震波及了旁边的青海,在当地触发了土壤液化,严重的滑坡泥流掩埋了大量房屋,造成多人失联。
土壤液化,简单说来就是在强烈的地震作用下,地表附近松散、浸水的土壤从固态变成了液态,开始像液体一样流动。液化的结果是土壤失去了承载能力,变得类似流体,因此街道、地基等任何土壤表面的东西都会受到影响,建筑物、桥梁和基础设施可能出现沉降、开裂、倾斜甚至倒塌,或引发山体滑坡。因此,许多国家和地区的建筑规范都要求工程师在设计的过程中考虑土壤液化的影响。
并非每次地震都有土壤液化现象。地震期间的土壤液化通常需要具备一定的条件。首先,在发生土壤液化的地区,土壤通常是松散的、没有粘性的。其次,土壤环境中还含有饱和水分,这些水一般难以从这里排出。在这种情况下,水填满了土壤颗粒之间的空隙,这使得土壤颗粒之间的接触变弱,土壤整体的强度降低。除此之外,土壤液化的产生也需要较大的地震强度。几乎所有大地震都会出现某种程度的土壤液化。
过去人们也发现,有些土壤液化事件并不符合上述这些情况——在远离地震震中的低能量密度条件下,以及在土壤能够排水的情况,土壤液化的现象仍会出现。例如在2010年,新西兰南岛坎特伯雷区发生了7.1级地震,但在距离震中较远的地区,仍然发生了许多土壤液化。对此,去年9月的一项研究或许可以解释这个现象。研究发现,强度不大的地震震动仍然可以在排水条件下触发间质流体流动。