Verflüssigungsrisiko-Rechner
Schätzen Sie die Wahrscheinlichkeit der Bodenverflüssigung basierend auf Erdbeben-Parametern und Bodenbedingungen.
AssessmentBodenverflüssigung bei Erdbeben verstehen
Bodenverflüssigung tritt auf, wenn wassergesättigter, lockerer, körniger Boden während Erdbebenerschütterungen seine Festigkeit und Steifigkeit verliert und sich wie eine Flüssigkeit statt wie ein Feststoff verhält. Wenn seismische Wellen durch wassergesättigten Sand oder Schluff laufen, erhöhen sie den Wasserdruck zwischen den Bodenteilchen (Porenwasserdruck). Steigt dieser Druck so weit an, dass er dem Gewicht des darüberliegenden Bodens entspricht, verlieren die Teilchen den Kontakt zueinander und der Boden fließt vorübergehend wie eine zähe Flüssigkeit. Dieses Phänomen kann dazu führen, dass Gebäude einsinken, kippen oder einstürzen; unterirdische Strukturen wie Rohre und Tanks an die Oberfläche schwimmen; und Hänge durch seitliche Ausbreitung versagen.
Der Standard-Penetrationstest (SPT) N-Wert ist eine wichtige Feldmessung zur Bewertung der Verflüssigungsanfälligkeit. Er misst die Anzahl der Hammerschläge, die erforderlich sind, um ein Probenahmerohr 30 cm in den Boden zu treiben – höhere N-Werte deuten auf dichteres, widerstandsfähigeres Material hin. Böden mit SPT-N-Werten unter 15 bei gesättigten Bedingungen gelten im Allgemeinen als verflüssigungsanfällig. Die Grundwassertiefe ist ebenso wichtig: Der Boden muss für eine Verflüssigung gesättigt sein, daher sind Gebiete mit flachem Grundwasserspiegel (weniger als 5 Meter) am stärksten gefährdet. Aufgeschüttetes und zurückgewonnenes Land ist besonders anfällig, wie die Erdbeben von Niigata 1964 und Christchurch 2011 gezeigt haben.
Schlüsselfaktoren für das Verflüssigungsrisiko
- Bodentyp: Lockere Sande und schluffige Sande sind am anfälligsten. Tone und Kiese widerstehen der Verflüssigung im Allgemeinen, obwohl nichtplastische Schluffe bei starken Erschütterungen verflüssigen können.
- Grundwassertiefe: Flachere Grundwasserspiegel (0–5 m) erhöhen das Risiko dramatisch. Standorte mit Grundwasserspiegeln tiefer als 15 m sind im Allgemeinen vor Verflüssigung sicher.
- Erschütterungsintensität und -dauer: Verflüssigung erfordert typischerweise anhaltende Erschütterungen (über mehrere Sekunden) bei Beschleunigungen über 0,1g. Länger andauernde Erdbeben erhöhen das Risiko.
- Historischer Präzedenzfall: Gebiete, die bei vergangenen Erdbeben verflüssigt wurden, werden mit hoher Wahrscheinlichkeit erneut verflüssigen, da die geologischen Bedingungen, die Verflüssigung verursachen, bestehen bleiben.
Häufige Anwendungen
- Vorläufige Bewertung des Verflüssigungspotenzials für die Immobilienbewertung in erdbebengefährdeten Küstengebieten.
- Verstehen, welche Bodenverhältnisse und Erdbebenparameter zur Verflüssigung beitragen.
- Bewertung des Risikos für Standorte auf Aufschüttungen, zurückgewonnenem Land oder in der Nähe von Flüssen und Küstenlinien.
- Unterstützung pädagogischer Diskussionen über geotechnisches Erdbebeningenieurwesen.
How to Use
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1
Enter Soil and Site Data
Input your site's soil type (sand, silt, clay, fill), water table depth, and layer thickness. Sandy soils saturated with water at depths less than 10 meters carry the highest liquefaction potential.
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2
Specify the Earthquake Scenario
Enter the design earthquake magnitude (Mw) and peak ground acceleration (PGA) for your site. These can be obtained from the USGS seismic hazard map or from a site-specific hazard analysis at your return period of interest.
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3
Interpret the Liquefaction Potential Index
Review your Liquefaction Potential Index (LPI) value and qualitative risk category. LPI < 5 is considered low risk; LPI 5–15 moderate; LPI > 15 high. The tool follows the Iwasaki (1982) framework widely used in Japanese and US engineering practice.
About
Soil liquefaction has been recognized as a major earthquake hazard since the 1964 Niigata and Alaska earthquakes, which produced dramatic documentary evidence of ground failure. The modern analytical framework for liquefaction assessment was developed largely by H. Bolton Seed and colleagues at UC Berkeley in the 1970s–80s, based on Standard Penetration Test (SPT) blow counts as a proxy for soil density and resistance. The Seed-Idriss Simplified Procedure, subsequently updated by Youd et al. (2001) and Idriss and Boulanger (2008), remains the standard for routine engineering practice and forms the basis of most liquefaction screening tools.
Liquefaction assessment methods fall into two categories. Deterministic methods compute a factor of safety for each soil layer using measured in-situ properties (SPT N-value, CPT qc, shear wave velocity Vs) and the earthquake loading expressed as the Cyclic Stress Ratio. Probabilistic methods (Cetin et al., 2004; Boulanger and Idriss, 2014) incorporate uncertainty in both the demand and capacity parameters to produce probability-of-liquefaction values rather than binary pass/fail outcomes. Probabilistic approaches are increasingly favored in performance-based earthquake engineering (PBEE) frameworks, where risk is expressed as expected losses over the lifetime of a facility.
The 2010–2011 Canterbury earthquake sequence in New Zealand produced an unprecedented dataset for liquefaction research. The earthquakes affected Christchurch—a city founded on Holocene fluvial sediments—causing liquefaction across 80% of the residential Red Zone, the area ultimately purchased by the government for permanent managed retreat. GNS Science and the University of Canterbury deployed a multi-technique investigation including aerial photography, LiDAR surveys, and thousands of CPT soundings to map spatial variability in liquefaction manifestation at block-by-block resolution. The resulting Christchurch Liquefaction Vulnerability dataset is now one of the most comprehensive post-earthquake geotechnical records ever assembled and has driven significant advances in simplified liquefaction assessment procedures.