地震中的液化作用

2012-12-29 00:00:00
中国科技教育 2012年2期


  在地震晃动时,那些沙粒或细粒土会发生什么情况呢?尝试一下这种简单的活动,然后找出答案。
  
  所需材料
  金属盆或塑料盆
  沙子
  水
  一块平滑的砖
  一把橡胶锤(或者用一把普通的小铁锤,在锤头外面裹上一块厚胶皮)
  
  制作步骤
  在盆里装满沙子,装得越深越好,把盆放在桌子上然后倒水,水不能没过沙面。
  将砖头竖直埋入湿沙子中,使它看起来好像是一座建筑物一样。
  
  轻轻地拿橡胶锤重复敲打盆的一边,注意看盆里的沙子和砖头发生了什么变化。
  注意观察:是不是所有的沙子都粘在一起?那块砖头倒下来了吗?
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  活动延伸
  将沙子和水的混合物放置一会儿,沙粒会沉淀下来。虽然沙子里面是有水的,但是它们的混合物仍旧表现成固体状态。当你用锤子敲打容器时,实质上就是在推动这些沙粒,使它们紧密起来。沙粒们为了彼此变得紧密,它们会把水从它们中间挤出去。这就是你挤压手中吸足水分的沙子后所发生的情况——和你走在沙滩上,用脚踩那些湿沙子后所发生的现象是一个道理。
  但是,这并不同于地震发生的情况。当发生地震的时候,地震波快速地挤压地壳,而水根本没有时间从沙粒中流动出来。所以,这些沙粒要变得紧密,它们就得去推挤水,使得水压上涨。这种上涨的压力,导致沙粒之间的聚集力减弱。如果水压足够高的话,它们可以将沙粒间的聚集力减弱到零,这就意味着沙子将浮起来,彼此远离。在短暂的时间内,沙子颗粒就悬浮在水中,这就是液化作用。土壤强度减弱的原因也是沙粒之间不紧密。
  美国旧金山湾区的许多建筑物都建在垃圾填埋场、沙堆、泥地这些可液化的土地上。液化现象在1985年的墨西哥城地震、1989年的美国洛马-普雷塔地震和1995年的日本神户地震中都造成了重大破坏。