33 | 更新時間: | 2007/01/30 下午 09:15:18 | |||||||||||
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土石流》土石與水 為何匯成流?
【記者李名揚】
菲律賓最近發生的土石流災害,造成整個村莊被淹沒,至少千人死亡;台灣最近幾年也常發生這類災害,為何會有這麼多土石流?為何土石流破壞力這麼強? 台大土木系教授林美聆指出,形成土石流的基本條件有三,首先是上游要有足夠的土石材料,最常見的是山崩造成大量土石堆在河川上游。 第二是雨勢、水量夠多,林美聆表示,土石碰到水,聚集的強度就會減低。水會先沖刷土石堆表面,把土石堆表層的土石帶走,再滲透到土石中,從內部分解土石堆。 水量大才能增加和土石的接觸面積,且累積土石堆內部水壓,減低土石堆聚集強度,最後就造成土石堆分解並隨水流動,形成土石流。 第三個條件是河床坡度要在10度到30度間,才會形成土石流。 若坡度太陡,土石堆被雨水鬆動後,會整個一起滑動或滾動,稱為「地滑」,是另一種災害,台大土木系教授劉格非指出,地滑會一大塊一起下衝一段距離後到坡度較緩地區後,因動力不足而停住,或是整塊散開;若條件適合,還是可能形成土石流。 形成土石流還有一項次要條件,就是溪流長度要夠長,不然還沒形成或剛形成土石流,就馬上匯入大河而散掉。 延伸閱讀 【2006/03/10 聯合報】 回標題 土石流》特徵︰前端像舌頭 大石跑前面 【記者李名揚】 洪水和土石流的組成成分相同,都是水和土石,不過兩者在科學上有明確分界,「固體顆粒濃度超過一半」的,才叫土石流。 台大土木系教授林美聆指出,「夾帶較多土石的洪水」和「土石流」,看起來有點像,都是混濁的泥漿狀,其中固體顆粒濃度是否超過一半,用肉眼也可簡單判別。 土石流有兩大特徵,第一是形狀,洪水前進時,最前端像海浪一樣,大致成一直線;但土石流因為比較濃稠,流動時前端是圓的,像舌頭一樣。 可以想像把一杯水倒在桌上,傾斜桌面,水往下流時,前端是接近平的;但若倒一碗稀飯在桌上,做同樣動作,稀飯往下流時,中間會先流,兩旁較慢,前端就變成圓的。 第二個分辨方式是看水流中的大石塊分布情形,在洪水中,大小石塊會夾雜在一起,但若是黏滯性高的土石流,大石塊會因為波的特性,跑到最前面,這也是土石流殺傷力更大的原因;而且當土石流流到坡度平緩地區流不動的時候,更可明顯看出跑在前面的都是大石塊。 【2006/03/10 聯合報】 回標題 土石流》土壤液化 另個房屋殺手 【記者李名揚】 另一種土、水混合造成的災害—「土壤液化」,和土石流完全不同,但一樣會造成房屋倒塌的嚴重災害。 台大土木系教授劉格非指出,地底的沙土顆粒間並不是緊密貼合,會有一定空隙並形成穩定結構;發生地震時,會把結構搖散,土壤支撐的力量因此被破壞,造成地上建物往下沈,這就是「土壤液化」,所以土壤液化是一種把土壤「壓密」的過程,不是流動,但看起來好像是流下去一樣。 國家地震工程研究中心助理研究員陳家漢表示,地底的沙土平常會和地下水混合在一起,地震使沙土間的空隙變小,擠壓到地下水,就會使水壓升高。 水壓升高就需要洩壓,並往地上衝,若地表有裂縫,就會衝出地面,當某部分有地下水衝出時,地底結構就變得不均勻;另一方面,衝出的地下水會夾帶細沙,等於是在淘空建築物地基,又加強不均勻的情形。 台大土木系教授林美聆指出,房屋穩固要靠打進地底深處的地基,土壤液化會造成房屋地基淘空,使房屋一側傾斜,另一側的地樁就會因而斷裂,房屋就容易倒塌。 土壤液化不會發生在礫石層,劉格非說,因為較大的礫石有稜有角,彼此會「卡」住,地震無法震垮,所以土壤不會往下流,也不會擠壓到空隙中地下水。 【2006/03/10 聯合報】 回標題
隔震減震》麥芽糖吃掉地震? 【聯合報/記者李名揚】 2006/10/25 國科會每年都舉辦的抗震盃地震工程模型邀請賽,今年研究所組冠軍成功大學建築所用麥芽糖作隔震元件;好吃的麥芽糖,為什麼會讓建築模型耐受比九二一大地震還強的震度? 建物抗地震 隔震減震 國家地震工程研究中心副研究員林沛暘表示,建築工程對抗地震有兩種方式:隔震和減震。
所謂隔震,是在建築物本體和地面之間,加一些工程設計,改變地震波傳到建築物的型態;減震則是減弱建築物受到的力量。大部分的隔震系統,會同時具有減震的功能。 抗震盃競賽是要用細長木棍、細棉繩、木板、壓克力板、熱熔膠等材料,做成每層高19公分的三層樓模型,用6根柱子支撐,每層均放置10公斤重的鐵塊,加上各隊自行設計的抗、減震系統,看誰的模型最能抗震;而且若使用材料愈輕也表示成本愈低。 林沛暘指出,今年冠軍隊伍的作法,是將一樓地板和地面分開,中間放置6碗黏稠的麥芽糖,讓模型的6根柱子向下突出一樓地板,「放」在麥芽糖中;地震發生時,震動會先經過麥芽糖再進入模型,因此達到隔震效果。 浮在液體上 不會扭曲
這樣做有兩項用處,第一是降低建築物左右搖動的頻率,若一樓地板直接蓋在地面上,地面搖動多快,一樓地板會以同樣的頻率搖;搖動快的時候,模型的上層會受力扭曲,結構容易受到破壞。 把模型「放」在麥芽糖上,震度大時,雖然裝麥芽糖的碗也會搖很快,但放在麥芽糖上的一樓地板,因間接受力,搖動會變得比較慢;且整座模型會左右平移,不會扭曲。 台大土木系教授陳振川說,蓋在液體上的建築物,一方面因為能量傳遞受到液體阻礙,整個系統接受到的地震能量減少;另一方面這些能量有很大比例用於使建築物「平移」,只剩少部分用於使建築物「扭曲」,雖然建築物一樓的左右移動幅度,會比蓋在陸地上的建築物一樓左右搖動幅度大,但對結構的破壞卻會小很多。 麥芽糖黏稠 減小震能 用麥芽糖的第二項用處是減震,因為麥芽糖很黏稠,柱子要在麥芽糖中搖動,必須克服黏滯力,使搖動的能量減小;就好像用筷子攪動麥芽糖,必須很用力的道理是一樣的。 在這一場競賽中,還有隊伍把模型搭在麻糬、蒟蒻、保麗龍球、黏土、水球、放許多小球的容器上,理論上都可以隔震,不過有些隔震效果不好,造成模型倒塌,有些左右平移幅度太大,最後模型拔起一邊地基,向另一邊倒下。
延伸閱讀 【2006/10/25 聯合報】 回標題
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