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液状化現象

液状化現象(えきじょうかげんしょう)は、地震の際に、地下水位の高い砂地盤が振動により液体状になる現象。これにより比重の大きい構造物が埋もれ、倒れたり、地中の比重の小さい構造物(下水管等)が浮き上がったりする。ゆるく堆積した砂質土層では、標準貫入試験で得られるN値が10程度以下と小さい場合が多い。一般に、液状化現象が生じるかどうかは、FL値、液状化の程度はDcyやPL値などの指標を用いて判定する。単に液状化(えきじょうか、)ともいう。なお、この現象は日本国内では新潟地震の時に注目されたが、当時はまだ「液状化現象」の言葉は使われておらず、行政やマスコミは「流砂現象」という言葉を使っていた。実際は、地表付近の含水状態の砂質土が、地震の震動により固体から液体の性質を示すことにより、上部の舗装や構造物などが揚圧力を受け破壊、沈み込みを起こすものである。「流砂」とも呼ばれていた。発生する場所は砂丘地帯や三角州、港湾地域の埋め立て地などがほとんどであるが、近年の研究では、旧河川跡や池跡や水田跡なども発生しやすい地質であることが分かってきた。近年、都市化で該当地域が多いことで被害拡大の影響が懸念される。1964年(昭和39年)6月16日に発生した新潟地震の際、信濃川河畔や新潟空港などで、この現象が発生したことから日本でも知られるところとなる。また同年に発生したアラスカ地震でも液状化による被害が発生し、これ以降土質力学の分野で、活発に研究が行われるようになった。東京都心部は、河口に位置する上、埋め立て地が多く存在することから、大地震の発生時には大規模な液状化現象が各所で発生し、建物の倒壊や堤防の破堤による浸水など大きな被害が発生するものと考えられている。現在、液状化現象の発生危険箇所をとりまとめたハザードマップが整備されており、堤防の補強などの措置が図られている。ライフラインの被害も懸念され、ガス管はポリエチレン化が進んでいる()。一方、下水道管は耐震化が困難で、回復も遅いため、居住困難な状態が継続する場合がある(2011年の東日本大震災での福島第一原子力発電所免震棟、Jヴィレッジ、浦安市、いわき市など)。砂を多く含む砂質土や砂地盤は、砂の粒子同士の剪断応力による摩擦によって、地盤は安定を保っている。このような地盤で、地下水位の高い場所若しくは地下水位が何かの要因で上昇した場所で、地震や建設工事などの連続した振動が加わると、その繰り返し剪断によって体積が減少し、間隙水圧が増加し、その結果、有効応力が減少する。これに伴い剪断応力が減少して、これが0になったとき液状化現象が起きる。この時、地盤は急激に耐力を失う。また、この時、間隙水圧は土被り圧(全応力)に等しい。この状態は波打ち際などで水が押し寄せるまでは、足元がしっかりとしていても水が押し寄せた途端に足元が急に柔らかくなる状態に似ている。また、雨上がりの地面を踏み続けると、地面に水が吹き出てくる状態にも似ていると言える。地震や建設工事などで、連続した振動が砂地盤等に加わると、前記の液状化現象が生じる場合があり、地盤は急激に支持力を失う。建物を地盤に固定する基礎や杭の種類は、地質や土地の形質に合わせて多種に渡るが、礫層や岩盤等の適当な支持層に打ち込む支持杭と異なる摩擦杭等では、建物を支えていた摩擦力を失い、建物が傾く不同沈下を生じる場合がある。重心の高い建物や重心が極度に偏心した建物では、より顕著に不等沈下が生じ、阪神・淡路大震災による中高層建物のように、転倒・倒壊に至る場合がある。下層の地盤が砂質土で、表層を粘土質で覆った水田等で液状化が起きた場合は、液状化を起こした砂が表層の粘土を突き破り、水と砂を同時に吹き上げる(噴砂)と呼ぶ現象を起こすことがある。1964年の新潟地震では、県内の各地でボイリングが観測された。地震に伴って液状化が発生しうる地点の震央距離 R(km)とマグニチュード M の関係は、formula_1 で表すことができるとされている。側方流動(そくほうりゅうどう、、)は、地盤流動現象の1つで、傾斜や段差のある地形で液状化現象が起きた際に、いわゆる泥水状になった地盤が水平方向に移動する現象をいう。側方流動には大きく分けて2つのタイプがある。1つは、地表面が1 - 2%程度のゆるい勾配になっており、地中部には液状化層が存在するものである。この場合、地盤が傾斜に沿って移動することとなる。もう1つは、護岸などに見られるタイプで、地震の揺れおよび地盤の液状化で護岸などが移動することで、後背の地盤が側方流動を引き起こすものである。このような側方流動が発生した場合、地中構造物に多大な影響を与える。例えば、杭基礎であれば、側方流動が発生することにより杭は地盤から水平方向にせん断や曲げの力を受けることとなる。この地盤からの力が杭の耐力を超過し、杭のせん断破壊等を起こす。このため、杭基礎は上部構造物を支える事ができなくなり、場合によっては構造物の転倒などを引き起こすことにつながっていく。以下の対策により、新しく埋め立てられた土地では液状化現象の被害が抑えることができる。

出典:wikipedia

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