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研究生:陳昱憲
研究生(外文):Chen , Y. S.
論文名稱:頻率比對台北盆地含細料砂土動態性質與地盤反應分析初步研究
指導教授:吳偉特
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:169
中文關鍵詞:荷重頻率阻尼性質土壤動態性質地盤受震反應分析頻率比剪力模數阻尼比
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摘要
本研究主要探討荷重頻率,細料含量,相對密度以及有效圍壓對土壤動態參數之影響,並以阻尼模數作為土壤消散能之指標,進行地盤之地震反應分析之探討。以期對台北盆地砂性土壤之動態參數有深入之嘹解。
為探討頻率對土壤動態參數之影響,本研究採莊睦雄(1998)提出之單自由度扭轉運動模式,並配合Stokoe式扭剪 / 共振柱實驗系統,針對小剪應變下(4×10-3%)台北盆地砂性土壤,控制含水量為0%,改變不同相對密度與細料含量及平均有效圍壓,在頻率比(荷重作用頻率 / 共振頻率)由0.1∼1情況下進行實驗,以期建立台北盆地砂性土壤之土壤動態參數(剪力模數,阻尼模數,阻尼比)與影響因素之關係。並根據研究結果,修改陳立言(1995)提出之雙層土模式,進行頻率域分析,探討不同阻尼性質對地盤反應之影響。
由實驗結果顯示,剪力模數隨有效圍壓,相對密度增加而遞增,且隨細料含量增加而下降,隨荷重頻率增加而有遞增之趨勢。阻尼模數隨有效圍壓,相對密度增加而上升,隨細料含量增加而下降。當頻率比(荷重頻率 / 共振頻率)由0.1到1,阻尼模數先上升然後下降,在頻率比為0.6附近有最大值,在共振點附近為最小值。阻尼比與相對密度,有效圍壓,細料含量之間關係較不明顯,但阻尼比隨頻率比(荷重頻率 / 共振頻率)由0.1遞增為1,阻尼比先升後降,在頻率比為0.6附近有最大值,在共振點附近有最小值。
依據本研究之實驗結果,本研究建議以指數函數G(FC)並配合Hardin之建議式,以量化剪力模數與影響因數間之變化關係,並可描述剪力模數隨細料含量增加而下降之趨勢。本研究建議以正弦函數模擬阻尼模數隨頻率之變化。
以單層土模式之分析結果顯示,在卷積分析時,模擬阻尼型式較遲滯阻尼型式具有較大之放大作用,但差異程度不大。在反卷積分析時遲滯阻尼型式具有較大之高頻放大現象。若以修改之雙層土模式針對台北盆地之假設剖面進行分析時結果顯示,在卷積分析時,兩者在前6個振態之轉換函數絕對值幾乎相同,在更高振態時,模擬阻尼模式有較大之放大效應。在反卷積分析時,兩者之前6個振態反卷積轉換函數絕對值幾乎相同,在更高振態時遲滯阻尼分析模式出現較大之高頻放大現象,而模擬阻尼分析模式則出現高頻濾波現象。
目錄.............................................................一
表目錄...........................................................三
圖目錄...........................................................四
第一章 導論
1-1 前言..................................................1
1-2 研究動機..............................................2
1-3 研究方法..............................................4
第二章 前人研究..................................................6
2-1 求取土壤動態參數之方法................................7
2-2 影響剪力模數之因素....................................9
2-3 影響阻尼性質之因素...................................15
2-4 阻尼形式與荷重作用頻率之關係.........................17
2-5 遲滯阻尼與模擬阻尼模式對地盤受震反應分析之影響.......22
第三章 實驗方式與解析模式
3-1 實驗室內求取土壤動態參數之方法.......................25
3-2 反覆扭剪試驗與解析模式...............................29
3-3 解析模式之比較.......................................36
第四章 實驗介紹
4-1 實驗基本土樣.........................................38
4-2 試體儀器介紹.........................................39
4-3 單自由度扭剪模式解析實驗參數.........................41
4-4 試體準備方式與實驗步驟...............................45
4-5 實驗計畫內容.........................................49
第五章 實驗結果討論與分析
5-1 荷重作用頻率與有效圍壓對剪力模數之影響...............51
5-2 細料含量與相對密度對剪力模數之影響...................54
5-3 荷重作用頻率與有效圍壓對阻尼模數與阻尼比之影響.......56
5-4 細料含量與相對密度對阻尼模數與阻尼比之影響..........59
5-5 實驗結果之限制.......................................60
第六章 土壤動態參數之量化與數值分析
6-1 剪力模數之分析與量化.................................61
6-2 阻尼模數之分析與量化.................................68
6-3 阻尼比之分析與量化...................................71
6-4 影響因素對模擬阻尼參數c與d之影響探討...............73
6-5 單自由度地盤受振反應數值分析.........................75
第七章 結論與建議
7-1結論...................................................88
7-2建議...................................................90
參考文獻...........................................................91
論文相關附表......................................................94
論文相關附圖.....................................................111
附錄 儀器校正原理..............................................165
(1)莊睦雄,〝土壤阻尼性質與頻率之關係及對地盤反應之影響〞,博士論文,國立台灣大學土木工程研究所(1998)
(2)游振棋,〝土壤阻尼性質之初步研究〞,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所(1991)
(3)吳偉特,〝台北盆地土壤之剪力模數與阻尼比〞,土木水利,中國土木水利工程學會會刊,第十卷,第一期,pp69∼88,(1983)
(4)陳立言,〝台北盆地放大效應之研究〞,博士論文,國立台灣大學土木工程研究所(1995)
(5)陳立言,〝地震波在垂之方向傳遞之研究〞,碩士論文,國立台灣大學土木工程研究所(1989)
(6)陳正興,陳立言,李洋傑〝雙曲線遲滯阻尼模式〞,中華民國第十七屆全國力學會議,台北,台灣,pp389∼398,(1993)
(7)陳正興,陳立言,黃俊鴻〝動力三軸實驗之土壤模數與阻尼比〞,第三屆大地工程學術研討會論文集,墾丁,第一期,pp497∼508,(1990)
(8)陳立言,陳正興,李洋傑〝Ces''aro mean 與門檻頻率在反摺積運算之運用〞中國土木水利工程學刊,第七卷,第一期,pp45∼53,(1993)
(9)游步上〝台北盆地松山層粉土質砂之剪力模數與阻尼比〞碩士論文,國立台灣工業技術學院工程技術研究所營建工程組(1989)
(10)李咸亨,沈國瑞〝台北盆地之動態性質研究 - 仁愛路段〞行政院國家科學委員會防災科技研究報告77-40號,(1988)
(11)簡連貴,葉國樑,胡淵南〝細料含量對抽砂回填土壤動態特性之影響〞,中國土木水利工程學刊,第七卷,第四期,(1995)
(12)Lin, M. L.,S. H. Ni, S. G. Wright and K. H. Stokoe,〝Characterization of Material Damping in Soil 〞Proceeding of Ninth World Conference on Earthquake Engineering, August 2-9,Tokyo,Kyoto,JAPEN,vol.Ⅲ,pp.5-10,(1988)
(13)Hardin, B. O.,and V. P. Drnevich, 〝Shear Modulus and Damping in soil :Design Equations and Curves〞,Journal of the Soil Machanics and Foundation Division,ASCE,Vol.98,No.SM7,pp667-692.(1972)
(14)Hardin, B. O.,and V. P. Drnevich, 〝Shear Modulus and Damping in soil :Measurement and Parameter Effect〞,Journal of the Soil Machanics and Foundation Division,ASCE,Vol.98,No.SM6,pp603-624.(1972)
(15)Seed, H. B.,and Idriss,I. M.〝Soil Modulus and Damping Factor for Dynamic Response Analyses〞,EERC,Report No.EERC70-10,pp.1-14 (1970)
(16)Hardin, B. O〝The Nature of Damping in Sands〞Journal of the Soil Machanics and Foundation Division , ASCE ,Vol.91 ,No.SM1 ,pp63-97.(1965)
(17)Silver,M. L. and Park ,J. K."Testing Procedure Effects on Dynamic Soil Behavior "Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE,Vol.101,No. GT10,Oct. ,pp1061-1083.(1976)
(18)Hardin, B. O.,and Richart, F. E."Elastic Wave Velocities in Granular Soils " Journal of the Soil Machanics and Foundation Division , ASCE , Vol.89,No.SM1,pp33-65.(1963)
(19)Tatsuoka,F.,T.Iwasaki and Y. Takagi, "Hysteretic Damping of Modulus",Soils and Foundations,vol.18,No.2,pp.26-39,(1978).
(20)Iwasaki T., Tatsuoka, F. and Takagi Y., "Shear modulus of Sands under Cyclic Torsional Shear Loading ",Soils and Foundations, vol.18 ,No.1 ,March ,pp.39-56,(1978).
(21)Iwasaki T.and Tatsuoka, F., "Effects of Grain Size and Grading on Dynamic Shear Moduli of Sands",Soils and Foundations ,vol.17 ,No.3 , Sept. ,pp.19-35,(1977).
(22)Silver, M. L.,and H. B. Seed,〝Deformation Characteristics of Sands Under Cyclic Loading〞,Journal of the Soil Machanics and Foundation Division,ASCE,Vol.94,No.SM2,pp353-369.(1968)
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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