2024年花莲ML7.2地震后港口岩土工程灾害调查与液化机理研究

台湾花莲港在2024年ML7.2地震中遭受严重破坏，研究团队通过无人机航测(UAV)、多通道面波分析(MASW)和水平垂直谱比(HVSR)技术，揭示了砂砾土液化对码头结构的破坏机制，提出峰值地面速度(PGV)比加速度(PGA)更能预测港口地震损伤，为抗震设计提供关键依据。

　　

2024年4月3日，台湾花莲发生M_L7.2强震，这是继1999年集集地震后该地区最强烈的地震事件。花莲港作为台湾东部唯一国际商港，在2018年M_L6.2地震中曾严重受损，修复后又在本次地震中再遭重创。特别引人注目的是，25号码头连续两次地震均出现显著沉降，这引发了学术界对砂砾土液化机理的重新思考——传统观点认为砾石含量高的土体不易液化，但现场喷砂冒水现象却挑战了这一认知。

为解析这一矛盾现象，由台湾大学、阳明交通大学等机构组成的联合团队在震后12天展开紧急调查。研究采用无人机(UAV)对全港区进行三维点云建模，结合多通道面波分析(MASW)和水平垂直谱比(HVSR)技术，首次系统量化了砂砾土液化对重力式码头沉箱结构的破坏效应。论文发表于《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》，揭示了PGV（峰值地面速度）比PGA（峰值地面加速度）更能准确预测港口地震损伤的新规律。

关键技术方法包括：1) UAV航测获取厘米级分辨率数字表面模型(DSM)；2) 在25号码头布置46米长MASW测线，使用4.5Hz检波器分析剪切波速(V_S)分布；3) HVSR法评估场地共振特性；4) 对喷砂点(P1-P8)进行粒径分析，发现砂粉含量(SMC)超40%是液化主因。

【General introduction】
研究确认花莲港外港17-25号码头建在1991年填海造陆区，地震易损性显著高于内港。2024年地震导致25号码头沉箱接缝开裂，后方填土区出现7处喷砂孔，最大直径达3米。

【Geological aspects of wharfs No. 24 and 25】
测试坑显示浅层7米内V_S仅70-200m/s（深层250m/s），砾石含量(GC)53-58%但SMC超40%，符合Dhakal提出的砂砾土液化判据。喷砂样品d₅₀=0.3-2mm，验证了Pokhrel关于粒径分布控制液化潜势的理论。

【Application of UAVs】
无人机生成的正射影像显示，25号码头后方填土区沉降量达35cm，沉箱水平位移8cm，三维建模精准量化了结构变形与喷砂体积的时空分布。

【Multichannel analysis of surface waves】
MASW揭示填土区V_S较2018年降低15%，表明地震导致浅层土体松散化。HVSR曲线在1.5Hz处出现峰值，与沉箱自振频率耦合放大震动效应。

【Discussion】
研究突破性地证实：当SMC>30%时，砂粉组分主导砂砾土液化行为。比较2018、2019、2024三次地震数据，发现PGV与液化损伤相关性(r=0.89)显著高于PGA(r=0.62)，这与Midorikawa和Panza的全球案例研究结论一致。

【Conclusions】
该研究首次系统论证了花莲港砂砾土液化机理，提出港口抗震设计应优先考虑PGV指标。沉箱结构裂缝主要源于液化土体侧向流动而非惯性力，这对修订《港口工程技术规范》具有重要指导意义。团队建议在填土区采用砾石桩复合地基，可同时提高V_S和渗透系数，相关成果已应用于花莲港重建方案。