地震工程 一屋不留

文與圖/陳慧慈 |2015.12.09
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圖一;無屋倖存的海嘯災區 圖/陳慧慈
圖二:令人怵目驚心的海嘯衝擊力 圖/陳慧慈
圖三;海嘯的溯上高度 圖/陳慧慈
圖四:被海嘯破壞的樁 圖/陳慧慈

文與圖/陳慧慈

小海嘯僅會造成堤防、碼頭或海岸附近地區淹水而已,就像颱風一樣。但是具強大破壞力的大海嘯,則是以大波幅和高速度的水牆衝向陸地,你可以想像會是什麼樣的情景嗎?

在地面滾動的小球,速度愈大,滾得愈遠;而波速大的海嘯,海水流入陸地的範圍也愈大,這是大家都知道的,但是水是流體,速度愈大,對建築物施加的壓力也就愈大,結果就會沖毀流經的房屋建築,嚴重時整個受災區域會一屋不留(見圖一)。在照片中也可以看到船被沖上岸,以及海堤破壞的情形。圖二是汙水處理廠的一棟鋼筋混凝土建築物,海嘯的衝擊力造成鋼筋混凝土牆向屋內凹陷,令人怵目驚心!

如果以一塊墊板,擋住球的去路,你會發現球的速度愈大,爬得愈高。對海嘯而言,我們稱此高度為「溯上高度」。具有同樣坡度的斜坡,一個緊鄰岸邊,一個在岸邊遠處,哪一個的溯上高度比較大?答對了,是鄰近岸邊的。因為海嘯進入陸地後,能量的消失會造成速度減緩。圖三是在岸邊山坡的溯上高度,經過海水浸泡的植物都變成咖啡色了。以這一個地震而言,最大的溯上高度約為二十七公尺,將近九層樓高,真的是好恐怖。

大地震造成的土壤液化,會讓土壤短暫的失去承載力,導致建築物沉陷或傾斜。有一種防止的方法就是使用樁(相當於埋入土中的電線桿),在土壤的承載力還沒有恢復前,讓建築物的重量可以藉著樁,傳到地底的堅硬土層。然而位在海嘯侵襲的地區,若在地震中也發生土壤液化,由於土壤喪失的承載力,無法很快的恢復(必須等增加的孔隙水壓消散);當海嘯接著又來侵襲,樁基礎因為無法抵擋這巨大的側向推力(如圖四),在建築物傾倒的同時也被折斷了。

最後要強調的是,海嘯的侵襲不是只有一波,有時候第二或第三波的海嘯才是最大的。一九九三年日本北海道的南西沖地震發生後,民眾依照過往經驗知道會有海嘯,很快的疏散到高地。在第一波過後,以為沒有危險了,趕回家裡收拾物品,沒想到更大的第二波不久到來,造成嚴重的傷亡。

各位小朋友們可以在 YouTube 網站輸入Tsunami,就能看到很多關於大海嘯的影片喔!

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